量子场论（1）（理论物理方向）

课程编码：070200M02031H 英文名称：Quantum Field Theory （1） 课时：50 学分：3.00 课程属性：一级学科普及课 主讲教师：舒菁等

量子场论是二十世纪人类认识世界的最高理论成就之一，她是在量子力学和经典场论基础之上，结合一些基本假设建立起来的公理化体系，描述的是微观高能多体系统，其正确性已为大量的实验所证实，并正在进一步得到广泛应用和验证。本导引课程旨在为那些具有广泛兴趣，未来可能从事高能物理、凝聚态物理、统计物理及宇宙学等方面研究的本科高年级或研究生一年级的学生阐释量子场论的基本概念，对量子场论的基本计算方法和技巧进行讲解，为学生进一步学习从事研究所需的专门课程打下必要的基础，如规范场论，量子统计等。
量子场论发展近百年，其内容之丰富、思想和技巧之深刻远非一门四十学时的导论课所能涵盖，本课程主要关心的是量子场论的建立及应用，因此更多的篇幅将放在理论对实验可测的微观过程的描述上，对很多有关量子场的深刻性质方面的内容会一带而过，甚至不去提及。有这方面有需求和感兴趣的学生，具有本课程的基础后，可以通过自修加以弥补。选修本课程，学生除完成老师布置的基本练习外，还需要主动阅读一定数目量子场论参考书。

高等数学、线性代数、电动力学、量子力学

第一章 序论（Prelude） 2学时 晏启树
第1节 单位制、度规及常用符号. 为什么要量子”场” ?
第2节 理论力学, 量子力学基础, 定域场及其运动方程, 场的哈密顿形式.
第二章 场的正则量子化（Canonical Quantization of Fields） 15学时 晏启树
第1节 克莱茵-戈登场及其量子化
2.1.1 实标量场
2.1.2 复标量场
2.1.3 谐振子场的量子化
2.1.4 诺特定理与守恒定律
第2节 狄拉克场
2.2.1 狄拉克方程的建立
2.2.2 负能解与狄拉克空穴理论
2.2.3 自由粒子的平面波解和投影算符
2.2.4 旋量场的量子化
2.2.5 外尔旋量
第3节 电磁场及其量子化
2.3.1 麦克斯韦方程组
2.3.2 电磁场的量子化
2.3.3 电磁场在动量表象中的展开
第三章 对称性（Canonical Quantization of Fields） 4学时 晏启树
第1节 宇称变换, 电荷共轭变换
第2节 时间反演
第3节 CPT定理
第4节 连续变换对称性
第四章 相互作用场和微扰论（Interacting Fields and Perturbation Theory）
第1节 粒子场的电磁相互作用 3学时 晏启树
第2节 时间演化算符与微扰展开（pertubative expansion） 2学时 舒菁
第3节 威克定理（Wick’s Theorem） 2学时 舒菁
第4节 费曼图（Feynman Diagram）与费曼规则（Feynman Rules） 2学时 舒菁
第五章 衰变与寿命，散射与截面（Decay and Lifetime, Scattering and Cross Section） 8学时 舒菁
第1节 散射截面与宽度的基本公式
第2节 电磁散射过程（Electromagnetic Scattering Processes）
第3节 衰变过程举例
第4节 法雷（Furry）定理
第六章 物理过程的微扰计算及一般重整化理论Perturbative Approximation in the Calculation of Certain Physical Processes, and Renormalization）
第1节 真空极化（Vacuum Polarization） 3学时 舒菁
第2节 二阶电子自能和三阶电磁顶角 3学时 舒菁
第3节 QED 单圈重整化 1.5学时 于江浩
第4节 QED发散图形的一般分析 1.5学时 于江浩
第5节 Ward Identity和光学定律 1.5学时 舒菁
第6节 QED的系统重整化 1.5学时 舒菁

舒菁，2003年北京大学物理学本科毕业，2008年美国芝加哥大学获博士学位，2008-2011年日本东京大学IPMU研究所特聘研究员，2011-2012意大利SISSA高等研究院(Europe Research Council)欧盟研究委员会特聘研究员，2012-今历任中国科学院理论物理研究所副研究员、研究员，博士生导师，现任彭桓武理论物理创新研究中心执行委员会副主任。研究领域主要关注于粒子物理理论和粒子宇宙学，对几乎所有的相关分支：量子场论、群论、拓扑学、模型构造、唯象学、对撞机物理、引力波物理、天体物理、宇宙学以及实验设计都有涉猎。在顶夸克前后不对称性，电弱对称性破缺机制(复合Higgs粒子模型)，宇宙早期重子数不对称起源和暗物质方面都有着原创性的工作。研究范围广泛，长于和不同领域的人相互合作，在海内外拥有50多名不同的合作者，拥有良好的学术交流基础和学术声望。国际高能物理数据库网站(http://inspirehep.net)显示：文章总计被引用2900余次(包括6篇Phys.Rev.Lett.)，H因子为26。其中7篇已发表论文分别被累计引用超过100余次。回国后主要工作于Higgs物理和电弱对称性破缺的起源, 宇宙早期正反粒子不对称的起源和国内现在以及未来相关大型实验项目的科学依据，其中关于Higgs物理和基本粒子质量起源，宇宙早期正反粒子不对称性的起源和CP破坏的一系列工作得到了国际同行专家的的极大兴趣和认可, 包括发表Phys.Rev.Lett.四篇，作为领域内的专家应邀在国际系列会议BLV2015，SUSY2015，HEFT2019上做大会特邀报告。除以上研究方向，最近还关注于引力波物理，粒子天体物理交叉方向和实验探测，有效场论方法等。