粒子物理標準模型：專欄介紹和參考書籍

為什麼寫這個專欄？

我讀理論物理博士已經第二年了，聽我老師囑咐，我一直有看教科書的習慣。我一直認為決定一個物理學家層次高低的原因，在他開始一篇工作的時候就已經決定了，那就是他的視野，具體說來就是物理圖景。你腦袋中的物理圖景決定了你可以做什麼內容，決定了你對物理問題的理解，就如同費曼的路徑積分不僅僅是一串數學上的積分而已，他的物理詮釋既路徑積分表示的是從A態到B態的概率是相空間中所有可能路徑的總和，說明了量子力學的隨機性。於是這些數學符號開始可以解決實際物理問題，預測物理現象，同時因為有物理意義而有了歸一性限制。所以最近在看書之餘，和辦公室的同事討論了標準模型的物理圖景，有了不少收穫，為了敦促自己，同時也為了分享這些收穫，決定開個專欄，寫寫文章，記錄下這些對方程概念的詮釋，或許做不到完全正確，也希望見諒。

這個專欄是關於什麼？

如上文所說，這個專欄將是著重於對粒子物理標準模型建立過程的物理圖景詮釋，具體形式看過之後的文章就會明確了。如果說一定要拿什麼比較的話，我希望風格能更像徐一鴻的《Quantum Field Theory in a Nutshell》，然而我的是中文的，並且不著重推導，會相對來說更加科普一點，類似於Lee Smolin的書，比如《Trouble in Physics》。我面對的讀者將會是有物理本科專業背景，同時有興趣研究粒子物理的人，我將假設你們有相應的知識背景。同時我知道，即使有物理本科專業背景的人，在一開始學習粒子物理標準模型，或者是群論的時候，很多時候容易被方程推導所迷惑，知道一個方程，甚至知道怎麼推導，卻不知道為什麼要推這一步，不知道方程的物理含義，比如說不知道為什麼要建立狄拉克方程，不知道為什麼狄拉克方程會解出反粒子的解。那麼我希望我的專欄里能寫這些解釋，幫助大家去理解，我個人在每次理解了理論物理的物理圖景之後，都會有一種知識融會貫通產生的醍醐灌頂的感覺，會感覺自己是一個偉大的事業——既對宇宙規律建立統一的描述 的一部分，而感覺到自己的工作有了意義。所以希望更多人能分享這種感受。

那麼我是誰？

寫了這麼多，是時候做下自我介紹了，我是希望我的文章能有一種和一個同學談論物理問題的感覺，希望更像一個對話。那麼在建立一個對話之前，不妨讓你們更加了解我一下。

我在國內讀的物理學本科，然後在倫敦帝國理工（Imperial College London）讀了MSc in Quantum Fields and Fundamental Forces，姑且就認為是理論物理碩士吧，我們系的創始人是Abdus Salam, 也就是和Weinberg 一起提出電弱統一理論的標準模型獲得1979年諾貝爾物理學獎的人。然後碩士畢業後，我在倫敦大學學院 (University College London) 在讀PhD in High Energy Physics (Theory)，其實同時我也拿到了劍橋大學理論物理碩士的offer，不過還是去讀了博士。

我的研究領域包括：Beyond Standard Model, Collider Physics, Neutrino Physics, Monte Carlo simulation for High Energy Physics 等等。目前的研究課題是Probing Heavy Neutrino at the LHC。 不過所有這些都是為了一個更大的目標，其實也就是整個理論物理學界目前的共同目標，尋找和建立大統一理論(Grand Unification Theory, GUT)，用一個統一的理論描述整個宇宙的基本規律（除了引力，包括引力的叫Theory of Everything, TOE), 作為所有自然科學的基本框架，再在不同層次去構建具體的科學。具體來說，或許能力有限，我並不像做String Theory之類的人一樣能夠直接去建立TOE, 我更多的是在大型強子對撞機(LHC)上尋找這些理論的蹤跡，比如說中微子的質量就是一個蹤跡，這也是它為什麼能拿2015年諾貝爾物理學獎的原因。

你可以看什麼？

其實我會盡量做到物理本科背景的人干看我的文章就可以收穫很多，但如果你需要，我也可以推薦以下參考文獻。

標準模型教科書：

《An Introduction to the Standard Model of Particle Physics》 by Cottingham, W. N./ Greenwood, D. A.

這本也是我這個專欄關於物理闡釋的主要參考文獻，這本書比較簡單，著重物理背景介紹。

《Particle Physics》 by Palash B. Pal

這本書是介紹粒子物理的一本比較新的教材，面面俱到，也是一本很好地入門書。

量子場論教科書：

《Quantum Field Theory in a Nutshell》 by A. Zee (徐一鴻)

這本書是很經典的，被稱為Nutshell的量子場論的書，介紹了量子場論推導的來龍去脈，甚至還比較有趣味的一本書。

《An Introduction to Quantum Field Theory》 by Michael E. Peskin / Daniel V. Schroeder

這本書被稱為理論物理的聖經，每個理論物理博士案前必備讀物，有800多頁，聽說看過這本書，同時讀過理論物理博士的人，才有資格在學界探討理論物理問題。推導比較詳細，尤其課後題非常經典，有不少可以作為博士的入門課題。

《Quantum Field Theory》 by Mark Srednicki

這本書比較新，還沒讀過，但也是三大經典之一。

《The Quantum Theory of Fields》by Steven Weinberg

這本書Weinberg寫的浩浩涵涵三部曲將近2000頁的量子場論書，是最後要攻陷的要塞。

同時也推薦劍橋大學的David Tong的QFT notes, 短短90頁把量子場論講的很明白。

群論教科書：

《Groups, Representations and Physics》 by Jones, H.F.

這本書相當好，數學上很完備，推薦看這本，然後把整個粒子物理用群論的語言解釋。

《Lie Algebras In Particle Physics》by Howard Georgi

這本書可以作為上面的補充。

科普書：

最後我羅列一些我看過覺得比較好的科普書。

《The Lightness of Being》 by Frank Wilczek

《The Trouble With Physics》 by Lee Smolin

關於物理研究現狀，面臨的問題，發展的趨勢，以及學術圈的困境的一本書，不僅討論理論物理，也討論了科學哲學。

《Three Roads to Quantum Gravity》by Lee Smolin

《Dreams of a Final Theory》 by Steven Weinberg

《The Particle Zoo》 by Gavin Hesketh

我們組的老師講的希格斯粒子的發現。

《量子怪傑》

這是保羅·狄拉克的傳記

《別鬧了，費曼先生》

費曼先生的奇聞異事。

最後，感謝閱讀，希望對大家有所幫助。