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An Introduction to the Standard Model of Particle Physics 2nd Edition: W.N.Cottingham, D.A.Greenwood

2017年10月08日 15時07分47秒 | 物理学、数学
An Introduction to the Standard Model of Particle Physics 2nd Edition: W.N.Cottingham, D.A.Greenwood」(Kindle Edition)

内容紹介:
The second edition of this introductory graduate textbook provides a concise but accessible introduction to the Standard Model. It has been updated to account for the successes of the theory of strong interactions, and the observations on matter-antimatter asymmetry. It has become clear that neutrinos are not mass-less, and this book gives a coherent presentation of the phenomena and the theory that describes them. It includes an account of progress in the theory of strong interactions and of advances in neutrino physics. The book clearly develops the theoretical concepts from the electromagnetic and weak interactions of leptons and quarks to the strong interactions of quarks. Each chapter ends with problems, and hints to selected problems are provided at the end of the book. The mathematical treatments are suitable for graduates in physics, and more sophisticated mathematical ideas are developed in the text and appendices.
2007年2月刊行、294ページ。(初版は1998年11月刊行、256ページ)

著者について:
Noel Cottingham and Derek Greenwood are theoreticians working in the H. H. Wills Physics Laboratory at the University of Bristol.


理数系書籍のレビュー記事は本書で344冊目。

先日紹介した「素粒子標準模型入門: W.N.コッティンガム、D.A.グリーンウッド」は原書初版の日本語訳である。原書は改訂され、2007年に第2版がでていることを読んでいる最中に知った。

この教科書はとても気に入っていたし、改訂内容も気になったのでKindle版で原書第2版を購入して読んでみた。初版の日本語版は樺沢先生が訳出されたが、訳文が気に入らなかったわけではない。原書と対比しながら読み進めていくと、樺沢先生はとても精確かつ緻密に翻訳され、訳文も自然な日本語になるように表現を工夫されていることがわかる。

僕が原書を読んだのは次のような理由だ。

- 本書をとても気に入ったこと。
- 日本語版で得た知識を記憶にしっかりと定着させたかったこと。
- 改訂箇所が気になっていたこと。
- 英語での読書力アップに役立たせたかったこと。

英語での読書は日本語にくらべて時間がかかる。そのぶんじっくり取り組むことになり、日本語版での読書で見落としていたことに気づいたり、勘違いを正すことができる。しかし、読み進むうちに慣れてきてペースが上がってきた。物理学書は小説に比べてはるかに読みやすいのだ。


第2版の章立ては次のとおり。初版から追加された章を青字にしておく。

1. The particle physicist's view of nature
2. Lorentz transformations
3. The Lagrangian formulation of mechanics
4. Classical electromagnetism
5. The Dirac equation and the Dirac field
6. Free space solutions of the Dirac equation
7. Electrodynamics
8. Quantising fields: QED
9. The weak interaction: low energy phenomenology
10. Symmetry breaking in model theories
11. Massive gauge fields
12. The Weinberg-Salam electroweak theory for leptons
13. Experimental tests of the Weinberg-Salam theory
14. The electromagnetic and weak interactions of quarks
15. The hadronic decays of the Z and W bosons
16. The theory of strong interactions: quantum chromodynamics
17. Quantum chromodynamics: calculations
18. The Kobayashi-Maskawa matrix
19. Neutrino masses and mixing
20. Neutrino masses and mixing: experimental results
21. Majorana neutrinos

22. Anomalies
Epilogue
Appendix A. An aide-memoire on matrices
Appendix B. The groups of the Standard Model
Appendix C. Annihilation and creation operators
Appendix D. The parton model
Appendix E. Mass matrices and mixing


原書の初版は256ページで、第2版は294ページなので38ページ増えた。判型が同じだから全体で約15パーセント増である。初版のときからある章は第6章を除いて、ほとんど内容に変更は加えられていない。だから日本語版を読んでから第2版の青字の部分だけをお読みになるのがよい。なお、第2版が刊行されて以降にヒッグス粒子が検出されたので、ヒッグス粒子やヒッグス場に関わる記述は初版の内容と同じである。

改訂箇所を詳しく述べておこう。


第6章は最後の2つの節だけ変更されている。マヨラナ場の解説が増えた。

6. Free space solutions of the Dirac equation
- A Dirac particle at rest
- The intrinsic spin of a Dirac particle
- Plane waves and helicity
- Negative energy solutions
- The energy and momentum of the Dirac field
- Dirac and Majorana fields
- The E >> m limit, neutrinos



第19章から第21章は追加された内容だ。第19章でニュートリノの質量、ニュートリノ振動、標準模型との関係、レプトン数の保存などが解説される。第20章ではスーパーカミオカンデを始め、世界各地の実験施設で行われたニュートリノの観測結果が紹介される。第21章でマヨラナ粒子の理論が詳しく解説される。

19. Neutrino masses and mixing
- Neutrino masses
- The weak currents
- Neutrino oscillations
- The MSW effect
- Newtrino masses and the Standard Model
- Parameterisation of U
- Lepton number conservation
- Sterile neutrinos

20. Neutrino masses and mixing: experimental results
- Introduction
- K2K
- Chooz
- KamLAND
- Atmospheric neutrinos
- Solar neutrinos
- Solar MSW effects
- Future prospects

21. Majorana neutrinos
- Majorana neutrino fields
- Majorana Lagrangian density
- Majorana field equations
- Majorana neutrinos: mixing and oscillations
- Parameterisation of U
- Majorana neutrinos in the Standard Model
- The seesaw mechanism
- Are neutrinos Dirac or Majorana?



付録Eもあらたに追加された章だ。

Appendix E. Mass matrices and mixing
- K^0 and anti-K^0
- B^0 and anti-B^0



素粒子物理学、標準模型では18種類もの粒子が扱われるし、理解に必要な考え方、理論の発展をもたらした崩壊や散乱現象がいくつもある。今回の日本語版と英語版の読書で、ひと通り理解することができたし、ある程度記憶にとどめることができた。少なくとも本のどこに何が書かれているかはイメージできる。読んだ価値は大いにあったと思う。


初版の日本語版はこちらからお買い求めいただきたい。(紹介記事

素粒子標準模型入門: W.N.コッティンガム、D.A.グリーンウッド」(シュプリンガー版




関連記事:

素粒子標準模型入門: W.N.コッティンガム、D.A.グリーンウッド
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/522960c6eb852df961348fee76463852

強い力と弱い力:大栗博司
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/06c3fdc3ed4e0908c75e3d7f20dd7177

「標準模型」の宇宙:ブルース・シューム
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/25297abb5d996b0c1e90b623a475d1aa

量子物理学の発見: レオン・レーダーマン、クリストファー・ヒル
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/0be01aa80fe038ae361fdd259b3532f2

物質のすべては光: フランク・ウィルチェック
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/d592b55383ccecae76959446c0292d7b

場の量子論〈第1巻〉量子電磁力学:F.マンドル、G.ショー
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/08726ab931904f76d9c26ff56d219e53

場の量子論〈第2巻〉素粒子の相互作用:F.マンドル、G.ショー
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/95d908cd752af642964cbff7ea7f0301

大著に挑む (ワインバーグの「場の量子論」)
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/95ac4b64aa4eaf70608088006813cbf5


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An Introduction to the Standard Model of Particle Physics 2nd Edition: W.N.Cottingham, D.A.Greenwood」(Kindle Edition)



青字は初版と比較して変更、追加があった箇所

Preface to the second edition
Preface to the first edition
Notation

1. The particle physicist's view of nature
- Introduction
- The construction of Standard Model
- Leptons
- Quarks and systems of quarks
- More quarks
- Quark colour
- Electron scattering from nucleons
- Particle Accelerators
- Units

2. Lorentz transformations
- Rotations, boosts and proper Lorentz transformations
- Scalars, contravariant and covariant four-vectors
- Fields
- The Levi-Civita tensor
- Time reversal and space inversion

3. The Lagrangian formulation of mechanics
- Hamilton's principle
- Conservation of energy
- Continuous systems
- A Lorentz covariant field theory
- The Klein-Gordon equation
- The energy-momentum tensor
- Complex scalar fields

4. Classical electromagnetism
- Maxwell's equations
- A Lagrangian density for electromagnetism
- Gauge transformations
- Solutions of Maxwell's equations
- Space inversion
- Charge conjugation
- Intrinsic angular momentum of the photon
- The energy density of the electromagnetic field
- Massive vector fields

5. The Dirac equation and the Dirac field
- The Dirac equation
- Lorentz transformations and Lorentz invariance
- The parity transformation
- Spinors
- The matrices γ μ
- Making the Lagrangian density real

6. Free space solutions of the Dirac equation
- A Dirac particle at rest
- The intrinsic spin of a Dirac particle
- Plane waves and helicity
- Negative energy solutions
- The energy and momentum of the Dirac field
- Dirac and Majorana fields
- The E >> m limit, neutrinos


7. Electrodynamics
- Probability density and probability current
- The Dirac equation with an electromagnetic field
- Gauge transformations and symmetry
- Charge conjugation
- The electrodynamics of a charged scalar field
- Particles at low energies and the Dirac magnetic moment

8. Quantising fields: QED
- Boson and fermion field quantization
- Time dependence
- Pertubation theory
- Renormalization and renormalisable field theories
- The magnetic moment of the electron
- Quantisation in the standard model

9. The weak interaction: low energy phenomenology
- Nuclear beta decay
- Pion decay
- Conservation of leption number
- Muon decay
- The interactions of muon neutrinos with electrons

10. Symmetry breaking in model theories
- Global symmetry breaking and goldstone bosons
- Local symmetry breaking and the Higgs boson

11. Massive gauge fields
- SU(2) symmetry
- The gauge fields
- Breaking the SU(2) symmetry
- Identification of the fields

12. The Weinberg-Salam electroweak theory for leptons
- Lepton doublets and the Weinberg-Salam theory
- Lepton coupling to the W^±
- Leption coupling to the Z
- Conservatio of leption number and conservation of charge
- CP symmetry
- Mass terms in L: an attemped generalization

13. Experimental tests of the Weinberg-Salam theory
- The search for the gauge bosons
- The W^± bosons
- The Z boson
- The number of leption families
- The measurement of partial widths
- Left-right production cross-section asymmetry and lepton decay asymmetry of the Z boson

14. The electromagnetic and weak interactions of quarks
- Construction of the Lagrangian density
- Quark masses and the Kobayashi-Maskawa mixing matrix
- The parameterisation of the KM matrix
- CP symmetry and the KM matrix
- The weak interaction in the low energy limit

15. The hadronic decays of the Z and W bosons
- Hadronic decays of the Z
- Asymmetry in quark production
- Hadronic decays of the W^±

16. The theory of strong interactions: quantum chromodynamics
- A local SU(3) gauge theory
- Colour gauge transformations on baryons and mesons
- Lattice QCD and asymptotic freedom
- The quark-antiquark interaction at short distances
- The conservation of quarks
- Isospin symmetry
- Chiral symmetry

17. Quantum chromodynamics: calculations
- Lattice QCD and confinement
- Lattice QCD and hadrons
- Pertubative QCD and deep inelastic scattering
- Pertubative QCD and e^+e^- collider physics

18. The Kobayashi-Maskawa matrix
- Leptonic weak decays of hadrons
- |Vud| and nuclear β decay
- More leptonic decays
- CP symmetry violation in neutral kaon decays
- B meson decays and B^0, anti-B^0 mixing
- The CPT theorem

19. Neutrino masses and mixing
- Neutrino masses
- The weak currents
- Neutrino oscillations
- The MSW effect
- Newtrino masses and the Standard Model
- Parameterisation of U
- Lepton number conservation
- Sterile neutrinos

20. Neutrino masses and mixing: experimental results
- Introduction
- K2K
- Chooz
- KamLAND
- Atmospheric neutrinos
- Solar neutrinos
- Solar MSW effects
- Future prospects

21. Majorana neutrinos
- Majorana neutrino fields
- Majorana Lagrangian density
- Majorana field equations
- Majorana neutrinos: mixing and oscillations
- Parameterisation of U
- Majorana neutrinos in the Standard Model
- The seesaw mechanism
- Are neutrinos Dirac or Majorana?


22. Anomalies
- The Adler-Bell-Jackiw anomaly
- Cancellation of anomalies in eletctoweak currents
- Lepton and baryon anomalies
- Gauge transformations and the topological number
- The instability of matter, and matter genesis

Epilogue

Appendix A. An aide-memoire on matrices
- Definitions and notation
- Properties of n x n matrices
- Hermitian and unitary matrices
- Fierz transformation

Appendix B. The groups of the Standard Model
- Definition of a group
- Rotations of the coordinate axes, and the group SO(3)
- The group SU(2)
- The group SL(2,C) and the proper lorentz group
- Transformations of the Pauli matrices
- Spinors
- The group SU(3)

Appendix C. Annihilation and creation operators
- The simple harmonic oscillator
- An assembly of bosons
- An assembly of fermions

Appendix D. The parton model
- Elastic electron scattering from nucleons
- Inelastic electron scattering from nucleons: the parton model
- Hadronic states

Appendix E. Mass matrices and mixing
- K^0 and anti-K^0
- B^0 and anti-B^0


References
Hints to selected problems
Index.
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