量子場(chǎng)論課程教學(xué)大綱

1、量子場(chǎng)論課程教學(xué)大綱、課程說(shuō)明（一）課程名稱、所屬專業(yè)、 課程性質(zhì)、學(xué)分;課程名稱：量子場(chǎng)論所屬專業(yè)：理論物理課程性質(zhì)：專業(yè)課學(xué) 時(shí)：72學(xué) 分：4（二）課程簡(jiǎn)介、目標(biāo)與任務(wù)；近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，量子場(chǎng)論一直是了解微觀世界的重要工具，是粒子物理的重要理論基礎(chǔ)，并已廣泛應(yīng)用于微觀物理其他領(lǐng)域。 場(chǎng)的量子化解釋了場(chǎng)與粒子之間的 內(nèi)在聯(lián)系，而量子場(chǎng)論合理地描述了粒子的產(chǎn)生、湮滅，及其相互轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。上世紀(jì)五 十年代初建立的體系完整的量子電動(dòng)力學(xué) （QED,是關(guān)于帶電粒子、光子及其相互作用 的量子場(chǎng)論，是U（1）的阿貝爾規(guī)范場(chǎng)理論。光子的輻射與吸收、光電效應(yīng)、Compton散射，特別是氫原子的Lamb移動(dòng)、

2、電子磁矩的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的精確符合等，足以說(shuō)明量子 電動(dòng)力學(xué)的正確性。止匕外，量子電動(dòng)力學(xué)中建立的重整化理論也是成功的。弱電統(tǒng)一理 論克服了過(guò)去四個(gè)費(fèi)米子直接相互作用理論不能重整化的困難；預(yù)言了中性流并得到嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)支持；中微子、反中微子與核子和電子碰撞等過(guò)程與實(shí)驗(yàn)符合得很好。在強(qiáng)相 互作用領(lǐng)域，上世紀(jì)七十年代發(fā)展和建立的量子色動(dòng)力學(xué)（ QCD是SU（3）非阿貝爾規(guī) 范理論，它是1954年楊振寧建立的SU（2）非阿貝爾規(guī)范理論的推廣。由量子色動(dòng)力學(xué) 探討核子之間相互作用的嚴(yán)格理論目前尚未解決?；玖Ｗ又g的電磁相互作用、弱相互作用、強(qiáng)相互作用都是由規(guī)范理論建立起來(lái)的，三種相互作用是由三類規(guī)范玻色子

3、傳遞的。量子場(chǎng)論就是研究以三代輕子和三代夸克作為基本粒子，以強(qiáng)子夸克模型和弱電統(tǒng)一理論與量子色動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)模型。量子場(chǎng)論 （一）主要研究量子電動(dòng)力學(xué)。（三）先修課程要求，與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；分析力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)（四）教材與主要參考書(shū)。量子場(chǎng)論，段一士，高等教育出版社，2015年二、課程內(nèi)容與安排第一章緒論（4學(xué)時(shí)）1.1 組成物質(zhì)的基本粒子，輕子和夸克1.2 量子場(chǎng)論、規(guī)范場(chǎng)論和規(guī)范玻色子1.3 自然單位經(jīng)典場(chǎng)論（ 20 學(xué)時(shí)）2.1 廣義洛倫茲變換2.2 張量2.3 標(biāo)量場(chǎng)方程2.4 矢量場(chǎng)方程2.5 丫矩陣2.6 旋量 （ 四元旋量 ）2.7 旋量

4、場(chǎng)方程2.8 二分量中微子理論2.9 單位旋量的一些性質(zhì)和正反粒子投影算符2.10 場(chǎng)論中的 Lagrange 原理2.11 經(jīng)典場(chǎng)論中的廣義守恒定理、 Noether 定理2.12 能量動(dòng)量張量和能量動(dòng)量守恒2.13 角動(dòng)量張量與角動(dòng)量守恒2.14 電流密度矢量和電荷守恒定律第三章 自由場(chǎng)量子化（ 24 學(xué)時(shí)）3.1 二次量子化的基礎(chǔ)和量子場(chǎng)論的基本假設(shè)3.2 Schrodinger 表象和 Heisenberg 表象3.4 實(shí)標(biāo)量場(chǎng)量子化3.5 復(fù)標(biāo)量場(chǎng)量子化3.6 矢量場(chǎng)量子化3.8 場(chǎng)方程的Green函數(shù)和Feynman函數(shù)3.9 N 乘積 , P 乘積和 T 乘積第四章 場(chǎng)的相互作用

5、與S 矩陣 （ 24 學(xué)時(shí)）4.1 場(chǎng)的相互作用拉格朗日函數(shù)4.2 場(chǎng)在相互作用情況下的運(yùn)動(dòng)方程與相互作用哈密頓4.3 相互作用表象4.4 U（t, t_0） 矩陣和它的4.5 S 矩陣的定義和它在量子電動(dòng)力學(xué)中的形式4.6 T乘積展開(kāi)的 Wick定理和S矩陣的展開(kāi)式4.7 S矩陣的Feynman圖解4.8 Furry 關(guān)于電子封閉內(nèi)線的定理4.9 S 矩陣的矩陣元4.10 S 矩陣元的動(dòng)量表象4.11 基本粒子反應(yīng)幾率和截面4.12 光子或電子的自旋狀態(tài)的求和與平均的公式4.13 在非相對(duì)論情況下的 Rutherford 散射問(wèn)題4.14 光子和電子的散射（Compton效應(yīng)）4.15 正負(fù)

6、電子對(duì)湮滅為兩個(gè)光子4.16 高能電子對(duì)撞反應(yīng)4.17 小粒子衰變（一）教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配教學(xué)方法以講授為主。本課程的總學(xué)時(shí)是72 個(gè)學(xué)時(shí)，具體分配為：第一章4 個(gè)學(xué)時(shí)，第二章20 個(gè)學(xué)時(shí)，第三章24 個(gè)學(xué)時(shí)，第四章24 個(gè)學(xué)時(shí)。（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容 ：通過(guò)本課程的課堂教學(xué)、輔導(dǎo)答疑、批改作業(yè)等教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施，使學(xué)生在以下方面得到培養(yǎng)：基本粒子的基礎(chǔ)內(nèi)容，經(jīng)典場(chǎng)論，廣義守恒定律，自由場(chǎng)二次量子化、 場(chǎng)的相互作用和S 矩陣及其微擾理論、 費(fèi)曼圖和粒子反應(yīng)等， 使他們受到物理學(xué)量子場(chǎng)論科學(xué)方法和科學(xué)思維的訓(xùn)練?！局攸c(diǎn)掌握】 ： 重點(diǎn)掌握經(jīng)典場(chǎng)論、自由場(chǎng)二次量子化、場(chǎng)的相互作用和 S 矩陣及其微擾等理論， 掌握費(fèi)曼圖和粒子反應(yīng)的計(jì)算， 能夠運(yùn)用所掌握的知識(shí)就某些粒子物理的具體過(guò)程進(jìn)行分析。【掌握】： 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，能夠掌握?qǐng)龅南嚓P(guān)物理概念?！玖私狻浚?能夠了解量子電動(dòng)力學(xué)是如何一步一步建立起來(lái)的過(guò)程，及其背后的深刻的物理內(nèi)涵?！疽话懔私狻?： 能夠?qū)?Furry 關(guān)于電子封閉內(nèi)線的定理、非相對(duì)論情況下的Rutherford散射問(wèn)題、粒子衰變等的相關(guān)粒子物理研究有一般的了解?！倦y點(diǎn)】 ： 通過(guò)所學(xué)習(xí)和掌握量子場(chǎng)論的物理概念和方法來(lái)