Tuesday, June 2, 2015

凝聚态场论和高能语境下的场论 对称性和对称破缺。我们知道,同样组分的物质可以处于十分不同的状态,并伴随着迥异的性质。这些不同状态称为“相”,而在“经典”的凝聚态物理学中,相的差别体现在对称性上,可以由排除了量子涨落的平均场来描述

对称性和对称破缺。我们知道,同样组分的物质可以处于十分不同的状态,并伴随着迥异的性质。这些不同状态称为“相”,而在“经典”的凝聚态物理学中,相的差别体现在对称性上,可以由排除了量子涨落的平均场来描述


凝聚态系统的基态往往不是真空,而是充满各种粒子的物质系统。这本应使场论的建立变得无比复杂,幸而我们往往可以让系统各组分在某时刻分别处于一定温度下的热力学平衡态,并利用wick rotation的数学技巧将温度对应为虚时间,这就形成了所谓“有限温度场论

微扰理论是凝聚态场论的基本方法,也就是我们熟知的微扰展开和费曼图,这是处理相互作用费米气体的最直接工具;自发对称破缺如前所述,是“经典”相变理论的基础,也能帮助我们以统一的手段理解许多奇异物相(如超导、超流相)的性质;格林函数的非微扰方法是十分有力的理论工具,不同格林函数之间的一般关系在日常计算中十分实用,同时两点格林函数也是凝聚态系统对外界的响应函数,有着直接的物理意义;重整化群构成了场论物理概念的基础,任何场论都必须定义在一定能标下,而当能标移动时场论的各个参数随之跑动,形成重整化群流——流的不动点,对应着“不依赖能标”的自相似情形,而在凝聚态语境下也就对应了相变临界点;拓扑场论则涵盖了当今研究前沿的许多热点,譬如Berry phase,分数量子霍尔效应和拓扑绝缘体。


求 condense matter 方面的书籍推荐


高能方面的书大家谈论得很多,好书有哪些大都听说过了(Peskin啊Weinberg啊Banks啊Wald啊Polchinski啊之类的)。

但是大家似乎都很少谈论condense matter theory方面有哪些好书。我希望吧里的相关人物能推荐下这方面的书,内容比方说(但不限于)有
solid state
Fermi liquid theory
mean field theory
critical phenomena
phase transition
quantum hall effect
fractional quantum hall effect
topological insulator
等等。

好的Review paper或讲义也行。

我相信这对我和对其他有需要的吧友会有很大帮助的。希望这能成为一个好的资料帖。希望推荐的时候顺带说一下该书的程度、风格、特点之类的。

传说中的置顶工程。。。

收起回复
  • 2楼
  • 2013-05-25 11:41
    啥都不明白的帮顶。。。

    回复
    • 3楼
    • 2013-05-25 11:48
      @inempty 记得老湿上次推荐过一本介绍温度场论的

      回复
      • 4楼
      • 2013-05-25 13:55
        文小刚的书。。。。。

        回复
        • 5楼
        • 2013-05-25 15:28

          回复
          • 6楼
          • 2013-05-25 19:35
            四六级算个屁!有猛料:竟有大师提分预测,还有真题解析!轻轻松松! 立即查看
            班门弄斧 我最近在看一本Eoin P. O'Reilly 写的固体物理,看了一百页,还有一百页
            觉得和黄昆的比起来要稍好(也可能是我本科时水平太低,现在水平比那时稍微进步了一点),看着很舒服.
            觉得黄锟的偏重非常verbose的计算而没有很强调物理图像。。
            虽然这本书从QM水起,是self-contained..缺点的话。。。总觉得篇幅太小有点不放心...

            回复
            • 8楼
            • 2013-05-25 22:29

              回复
              • 9楼
              • 2013-05-26 18:20
                你写的每一个题目都是一个深不见底的“大坑”。总体来说,凝聚态的领域极为庞杂,每一个物态、每一种奇异的物质、每一个模型都可以写一整本书来讨论。我只能推荐几本基础的教材。

                先说固体物理。固体物理是一个庞大的课题,因此固体物理的教材从深度、取材和数学运用上都各有不同。一般来说,常见的固体物理教材大都包括基本的能带理论、格波和声子理论、固体对外加电磁场的响应、以及一些相关应用。其它内容则根据作者喜好不同而有所区别。

                固体物理有两本经典教材,Kittel的和Ashcroft&Mermin的,前者已经出到第八版,内容比较新,甚至涉及到了一些拓扑效应和纳米器材,但组织得有些杂乱。毕竟一本书经过不断改版,结构和内容不易保持完美的一致。后者一共只有70年代的第一版,内容非常扎实,但稍显老旧。这两本书基本是美国大学研究生固体物理课的标准教材和参考书。

                这两本书都是美国人写的,我国著名物理学家、半导体专家黄昆也写过一本《固体物理学》,后来经过韩汝琦改编出版,大家应该都比较熟悉。值得一提的是前几年北大出版社出版了一本根据黄昆本人授课时的课堂笔记编写的《固体物理学》,内容更加简洁,结构也十分严整,然而同样也因年代久远,显得稍有些老旧了。

                最近也有一些人编写固体物理学教材,比如UIUC著名的凝聚态物理学家Philip Philips写了一本《高等固体物理学》(advanced solid physics),这本书没有中译本和影印本,但在卓越上可以买到价格昂贵的原版,而在新浪爱问上可以下载到电子版。这本书并不讲基础的能带和格波,而是力图从自发对称破缺等现代概念出发勾画当前固体物理学研究的前沿风貌。作者以对玻恩——奥本海默近似和Hartree-Fock近似的现代处理出发,逐步展开强关联物理学的理论处理方法,进而打开探索超导现象的大门。而后,作者笔锋一转,又讨论了晶格缺陷(disorder)和局域化现象(localization),并随即将固体中的拓扑效应、和最近大热的拓扑绝缘体娓娓道来。最后收笔于发人思考的mott insulator。总体来说,当今凝聚态研究的两大台柱:拓扑效应和强关联效应,都在书中得到了既深入浅出、又新颖现代的叙述。故而本书一经出版便大受好评。

                收起回复
                • 10楼
                • 2013-05-27 13:08
                  然而,所谓凝聚态物理学,应当不仅限于固体,而是要同时包括软物质物理学。同时处理软物质和固体的文献,最为出名的当属Chaikin的《凝聚态物理学原理》。这本书可以说十分知名,被许多PhD和教授(特别是实验领域)奉为圭臬。而这本书的着眼点和质量,实际上也完全配得上这样的名声,尽管其过人之处与其说是“深入”和“深刻”,不如说是以严密的逻辑组织起了广博的凝聚态物理知识。

                  具体而言,贯穿本书的根本主线是对称性和对称破缺。我们知道,同样组分的物质可以处于十分不同的状态,并伴随着迥异的性质。这些不同状态称为“相”,而在“经典”的凝聚态物理学中,相的差别体现在对称性上,可以由排除了量子涨落的平均场来描述。譬如液态几乎各向同性,而晶态则有着明确的空间取向,当液态物质经由降温过程凝固成为晶体时,原有的空间对称性在相变处自发地破缺了。本书从这一观点出发,首先介绍了基本的凝聚态实验原理、统计力学和平均场论,并以此为轴线,组织起液态、固态物质的基本性质。而为了讨论相变,场论和重整化群便被自然而然地作为工具引入了进来。此后作者又讨论了弹性、流体力学、晶格缺陷和对称破缺的整体性激发等。

                  应该说,这本书并不以深刻的理论观点见长,但却扎实地介绍了许多凝聚态物理学知识,并把这些知识用理论图像统一地组织了起来。同时,这本书内容之丰富,几乎也囊括了实验家所需的大部分知识。

                  回复
                  • 11楼
                  • 2013-05-27 13:37
                    当然,如果我们要严肃的处理凝聚态物质的物理性质,场论是不可少的工具。同时,现有的凝聚态理论工具,实际上也大都可以统一在场论的框架下,这是因为凝聚态系统本质上是多粒子体系,而场论则是处理多粒子体系的不二法门。

                    凝聚态场论和高能语境下的场论十分类似,都有量子化的问题,都有重整化,也都有着拓扑学背景。然而,凝聚态场论也有着一个很大的区别,那就是凝聚态系统的基态往往不是真空,而是充满各种粒子的物质系统。这本应使场论的建立变得无比复杂,幸而我们往往可以让系统各组分在某时刻分别处于一定温度下的热力学平衡态,并利用wick rotation的数学技巧将温度对应为虚时间,这就形成了所谓“有限温度场论”。

                    有限温度场论有许多参考书,其中Mahan是一本经久不衰的圣经,作者从正统而相对保守的正则量子化体系出发,统一地讨论了一般情况下的有限温度场论,并对大量理论模型做了细致入微的处理。本书对场论的基本概念讲得十分到位,同时毫不避讳对非平衡态理论的讨论,可以说是非常难得的。

                    另一本好书是Negele&Orland,这本书最大的特点是全篇以路径积分方法写成,内容同样十分充实。

                    Altland&Simons是近来颇受欢迎的一本书。这本书我在吧里推荐过,虽不是一本好的入门选择,却十分适合对温度场论有一定了解的吧友阅读。这本书十分重视对理论前沿的讨论,在正文和习题中大量涉猎不同的理论模型,这在为读者了解理论前沿、建立物理图像做出帮助的同时,也让本书在细部显得稍乱。与此同时,本书在大框架上却是十分严整明确的。全书除基本知识的回顾性介绍外,大致可以分为五个专题:微扰理论、自发对称性破缺、格林函数的非微扰理论(谱表示、求和法则(sum rule)等)、重整化群、拓扑场论,基本涵盖了平衡态温度场论的所有工具。

                    微扰理论是凝聚态场论的基本方法,也就是我们熟知的微扰展开和费曼图,这是处理相互作用费米气体的最直接工具;自发对称破缺如前所述,是“经典”相变理论的基础,也能帮助我们以统一的手段理解许多奇异物相(如超导、超流相)的性质;格林函数的非微扰方法是十分有力的理论工具,不同格林函数之间的一般关系在日常计算中十分实用,同时两点格林函数也是凝聚态系统对外界的响应函数,有着直接的物理意义;重整化群构成了场论物理概念的基础,任何场论都必须定义在一定能标下,而当能标移动时场论的各个参数随之跑动,形成重整化群流——流的不动点,对应着“不依赖能标”的自相似情形,而在凝聚态语境下也就对应了相变临界点;拓扑场论则涵盖了当今研究前沿的许多热点,譬如Berry phase,分数量子霍尔效应和拓扑绝缘体。

                    除了这些实打实的知识性内容,本书重视图像、重视理论近似和直觉的风格,也是值得一嚼。总之,这本书虽不是好的入门书,却是十分有用的研究参考。

                    No comments:

                    Post a Comment