量子场论（近代物理方向）

课程编码：070200M01002H-1 英文名称：Quantum Field Theory 课时：60 学分：4.00 课程属性：一级学科核心课 主讲教师：贾宇

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） 3学时 贾宇
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） 20学时 贾宇
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） 8学时 贾宇
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 2学时 贾宇
第2节 时间演化算符与微扰展开（pertubative expansion） 3学时 贾宇
第3节 威克定理（Wick’s Theorem） 1学时 贾宇
第4节 费曼图（Feynman Diagram）与费曼规则（Feynman Rules） 2学时 贾宇
第五章 衰变与寿命，散射与截面（Decay and Lifetime, Scattering and Cross Section） 9学时 贾宇
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） 12学时 贾宇
第1节 真空极化（Vacuum Polarization）
第2节 二阶电子自能和三阶电磁顶角
第3节 QED 单圈重整化
第4节 QED发散图形的一般分析
第5节 Ward Identity和光学定律
第6节 QED的系统重整化

贾宇，1995年毕业于北京大学技术物理系（学士）, 1998年在北京大学物理系获硕士学位， 2002年，美国俄亥俄州立大学物理系获博士学位。2002－2004年，美国密歇根州立大学物理系从事博士后研究； 2004－2005年，意大利米兰大学从事博士后研究；2006年3月起在中国科学院高能能物理所工作，2012年7月被聘为研究员。2019年获国家自然科学基金委“杰出青年基金”。

刘朝峰， 1994-2001年武汉大学物理系本科、硕士，2006年获科罗拉多大学博尔德分校物理系博士学位。2006-2010年相继在法国国家科学研究中心（LPT、LPSC）和剑桥大学从事博士后研究，2010年9月入职中国科学院高能物理研究所，2018年7月被聘为研究员。

杨一玻，理论物理专业博士，中国科学院理论物理所副研究员。2010年在中国科学院理论物理所取得博士学位后，曾在中国科学院高能物理研究所、美国肯塔基大学及密西根州立大学从事格点量子色动力学（LQCD）强子结构和重整化的博士后研究。共完成论文51篇，其中9篇文章发表在Phys.Rev.Lett上，关于核子自旋中胶子自旋贡献的工作入选2017年APS年度亮点。2019年筹建了Lattice Parton合作组并担任发言人至今。