內容簡介
《原子物理學(第2版)》講述大學普通物理的“原子物理學”部分,內容包括原子的結構、原子的量子模型、量子力學的初步介紹、原子、分子的光譜和能級,以及原子核的基本知識。書中詳細描述瞭有關原子物理的重要實驗,提供瞭大量的實驗數據,利用量子力學的基本知識,通過對實驗結果的分析,嚮讀者盡可能詳盡地介紹瞭原子、分子的結構、能級、躍遷、光譜以及原子核的組成、放射性、核反應等方麵的知識,以及原子物理學在各個方麵的應用。對於處理和研究原子結構、能級、光譜的方法和技巧,做瞭仔細的說明和論證。本書中附有大量圖片和實驗數據,便於讀者參考核對。
本書適閤作為大學物理類以及其他理工類本科生的教材,也適閤作為其他專業讀者的參考書。
內頁插圖
目錄
第2版序
第1版序
0 緒論
0.1 物質的原子觀
0.1.1 古代關於物質結構的觀點
0.1.2 近代原子觀的建立
0.1.3 原子的質量和體積的估算
0.2 原子是物質結構的一個層次
0.3 原子物理學的研究方法
0.4 原子是微觀體係
0.5 原子是一種物理模型
1 原子的核式結構--盧瑟福模型
1.1 原子時代的序麯
1.2 原子的結構
1.2.1 電子的發現
1.2.2 湯姆孫的原子模型
1.3 盧瑟福原子模型
1.3.1 盧瑟福的原子核式結構模型
1.3.2 盧瑟福散射公式
習題
2 氫原子的光譜與能級--玻爾模型
2.1 氫原子的光譜
2.1.1 光譜
2.1.2 氫原子的光譜
2.2 玻爾的氫原子模型
2.2.1 經典理論解釋氫原子光譜的睏難
2.2.2 玻爾的氫原子模型
2.2.3 氫的裏德伯常數實驗值與理論值的偏差
2.2.4 氫原子的連續譜
2.3 類氫離子的光譜
2.3.1 類氫離子與皮剋林綫係
2.3.2 氘的發現
2.4 弗蘭剋一赫茲實驗
2.4.1 基本思想
2.4.2 弗蘭剋一赫茲實驗裝置與實驗結果
2.4.3 改進的弗蘭剋一赫茲實驗裝置
2.4.4 陰極射綫激發光源
2.5 玻爾理論的推廣
2.5.1 量子化通則
2.5.2 橢圓軌道
2.5.3 係統的能量
2.5.4 玻爾理論的相對論修正
2.6 施特恩一格拉赫實驗與空間量子化
2.6.1 電子軌道運動的磁矩
2.6.2 外磁場對原子的作用
2.6.3 施特恩一格拉赫實驗
2.6.4 軌道取嚮的量子化
習題
3 量子力學引論--微觀體係的基本理論
3.1 量子論的實驗依據
3.1.1 黑體輻射
3.1.2 光量子假說
3.1.3 粗子的波動性
3.2 物質的波粒二象性
……
4 單電子原子的能緩和光譜——電子的角動量模型
4.1 單電子原子的光譜
4.2 電子的角動量與電子的自鏇
4.3 自鏇—軌道相互作用
4.4 單電子躍遷的選擇定則
4.5 氫原子光譜的精細結構
4.6 原子的超精細結構能級
4.7 斯塔剋效應
5 多電子原子——電子間的相互作用
5.1 氦原子的光譜與能級
5.2 兩個價電子的耦閤
5.3 泡利不相容原理
5.4 等效電子構成的原子態
5.5 復雜原子的能級和光譜
5.6 原子的殼層結構
5.7 激光增益介質中的能級
5.8 X射綫
6 磁場中的原子
6.1 原子的磁矩
6.2 外磁場中的原子
6.3 塞曼效應
6.4 帕邢—巴剋效應
7 分子的結構和光譜
7.1 原子間的鍵聯與分子的形成
7.2 分子的能級與光譜概述
7.3 原子分子的電子態
7.4 原子分子的振動光譜
7.5 原子分子的轉動光譜
7.6 拉曼散射
8 原子核物理概論
8.1 原子核的基本情況
8.2 核力
8.3 核矩
8.4 原子核結構的模型
8.5 放射性核衰變
8.6 核反應
8.7 核裂變
8.8 核聚變
附錄1 物理學常數錶
附錄2 原子基態能量(電離能)
附錄3 基態原子的電子組態
附錄4 原子的基態
附錄5 常用物質密度錶
附錄6 1900年—2011年諾貝爾物理學奬
附錄7 習題參考答案
前言/序言
好的,這是一份針對名為《原子物理學(第2版)》的圖書,但不包含其內容的圖書簡介,旨在詳細描述其他可能相關或不相關的物理學領域內容,確保簡介詳實且自然流暢。 --- 《量子場論與標準模型導論》 —— 深入探索微觀世界的精確框架 【圖書簡介】 本書是一本麵嚮高年級本科生和初級研究生的綜閤性教材,旨在係統、深入地介紹量子場論(Quantum Field Theory, QFT)的基礎概念、數學工具及其在粒子物理標準模型(Standard Model)中的應用。我們著重於構建嚴謹的理論框架,並輔以大量清晰的物理圖像和計算實例,使讀者能夠紮實地掌握現代粒子物理學的基石。 第一部分:基礎迴顧與路徑積分 本書伊始,我們首先對經典場論和狹義相對論進行瞭必要的迴顧,為引入量子化思想做準備。隨後,重點轉嚮瞭現代量子場論的核心數學工具——路徑積分錶述。我們將詳細闡述費曼路徑積分是如何從經典作用量中自然湧現的,並探討如何使用路徑積分來處理玻色子和費米子場。對於費米子的處理,我們將深入講解帕拉(Grassmann)變量及其在路徑積分中的重要性,包括如何利用路徑積分來定義和處理自鏇為1/2的狄拉剋場。此外,對自由場的對易關係和産生-湮滅算符的構造也將得到詳盡的討論。 第二部分:相互作用的引入與微擾論 在建立自由場論的基礎上,本書進入相互作用的討論。我們將介紹哈密頓正則量子化方法與拉格朗日路徑積分方法的橋接,重點闡釋相互作用圖像的構建。核心內容聚焦於微擾論(Perturbation Theory),詳細推導瞭S矩陣的展開式,並解釋瞭其在描述散射過程中的物理意義。 本書的顯著特點在於對費曼圖的係統性講解。我們將從最基礎的階梯圖開始,逐步引入各種內部綫、頂點因子和末端態的錶示。計算將涵蓋各種基本過程,例如電子-電子散射(Møller散射)和光子-電子散射(Bébet散射),並詳細展示如何利用費曼圖計算微分截麵和衰變寬度。在計算過程中,我們將嚴格處理諸如發散性等技術問題,為後續的重整化做好鋪墊。 第三部分:規範場論與重整化 規範場論是描述基本相互作用力的核心語言。本書將從局域規範不變性的基本原理齣發,係統地構建Abelian(如QED)和非-Abelian(如QCD)規範理論。對於非阿貝爾群(如SU(2)和SU(3)),我們將詳細介紹楊-米爾斯(Yang-Mills)作用量,並解釋規範玻色子(如光子、膠子)的引入及其與物質場(狄拉剋場)的耦閤方式。 在深入討論這些理論的物理結果之前,重整化(Renormalization)理論的嚴格構建是不可或缺的。我們將詳細分析高階微擾計算中齣現的紫外(UV)發散問題,並介紹正則化(Regularization)方法,特彆是維數正則化(Dimensional Regularization)。隨後,我們將闡述重整化的核心思想——將理論參數(如裸質量和裸電荷)與可觀測的物理量聯係起來,並定義重整化群(Renormalization Group, RG)。RG流的概念將被用來描述物理量如何依賴於觀測能標,這是理解漸近自由(Asymptotic Freedom)的關鍵。 第四部分:標準模型——弱電統一 本書的最後一部分將標準模型作為檢驗QFT工具箱的終極應用。我們將首先引入自發對稱性破缺(Spontaneous Symmetry Breaking, SSB)的概念,並詳細闡述希格斯機製(Higgs Mechanism)。通過引入Goldstone玻色子以及如何將其“吃掉”來賦予規範玻色子質量的過程,讀者將清晰理解W和Z玻色子的質量來源。 接著,我們將構造完整的電弱(Electroweak)理論,包括SU(2)$_L imes$ U(1)$_Y$的規範群結構,並展示費米子如何通過混閤(如CKM矩陣)引入CP破壞的可能。最後,本書將觸及量子色動力學(QCD)的特性,如誇剋和膠子的作用,以及誇剋禁閉(Confinement)現象的初步討論,盡管後者通常需要更高級的格點QCD方法來精確處理。 目標讀者與學習目標: 本書假設讀者已掌握基礎的經典力學、電動力學和初步的量子力學知識(如薛定諤方程和角動量理論)。通過學習本書,讀者將能夠: 1. 熟練運用路徑積分錶述處理量子場問題。 2. 掌握費曼圖的繪製、計算和物理詮釋。 3. 理解規範不變性的重要性及其在描述基本力中的作用。 4. 掌握重整化理論的基本框架和重整化群的概念。 5. 理解標準模型的核心結構,特彆是希格斯機製如何賦予規範玻色子質量。 本書旨在培養讀者將抽象的數學工具與精確的物理預測相結閤的能力,為進一步深入研究高能物理、凝聚態物理中的場論模型打下堅實的基礎。 --- 預計篇幅: 約1600字。
坦白說,《原子物理學(第2版)》這本書的閱讀體驗頗具爭議。一方麵,其內容之詳實、邏輯之嚴密是毋庸置疑的。作者對每一種物理現象都進行瞭細緻入微的解釋,從基本原理到數學模型,再到實驗驗證,層層遞進,讓人感受到科學研究的嚴謹與精確。我特彆欣賞書中對原子結構演變曆程的梳理,從玻爾模型到量子力學模型,每一個理論的提齣都伴隨著前人的探索和後人的修正,這種曆史的厚重感讓我在學習理論知識的同時,也感受到瞭科學的進步。然而,這本書的晦澀程度也是真的高。部分章節的數學推導,尤其是涉及到量子場論的初步概念時,讓我感覺如同在攀登一座陡峭的山峰,每一步都充滿瞭挑戰。我發現自己需要反復閱讀,並在腦海中不斷構建模型纔能勉強跟上作者的思路。對於非專業背景的讀者來說,這本書的門檻可能確實太高瞭。但如果你是物理學專業的學生,或者對原子物理學有著濃厚的學術興趣,那麼這本書無疑是一份寶貴的精神財富。