高能物理过程的精确计算.ppt
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粒子物理学及其应用PPT课件
理论的统一，以解决当前物理学面临的基本问题。
发展更精确的实验技术和方法
升级和建设高能物理实验设施
为了探测更小的粒子和更弱的相互作用力，需要更高的实验能量和更精确的探测器技术。 未来的研究将致力于升级和建设更先进的高能物理实验设施，以提高实验的精度和灵敏度 。
发展新的实验方法和数据分析技术
随着技术的发展和数据的积累，需要发展新的实验方法和数据分析技术，以更有效地提取 实验数据中的有用信息，并提高实验结果的可靠性和精确度。
量子场论是描述微观粒子（如电子、光子、夸克等）行为的物理学理论框架。 它基于量子力学和狭义相对论，通过引入场的概念，描述了粒子之间的相互作 用。
相对论
相对论是爱因斯坦提出的经典理论，包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对 论解释了没有引力作用的时空观念，而广义相对论则描述了引力的本质是由物 质引起的时空弯曲。
利用粒子物理学原理，研究核聚变和 核裂变等新能源技术。
医学影像技术
利用粒子物理学原理，发展医学影像 技术和放射治疗技术。
粒子物理学与其他学科的交叉研究
宇宙学
研究宇宙起源、演化等问题的学 科，与粒子物理学在基本理论和
实验技术上有很多交叉。
生物学
研究生物大分子的结构和功能，与 粒子物理学在蛋白质结构和药物设 计等方面有交叉。
实验方法包括散射实验、衰变实验、对撞机实验等，这些实 验方法为粒子物理学的发展提供了重要的实验证据和理论支 持。
基本粒子及其性质
02
物质粒子和传播子
物质粒子
物质粒子是组成物质的基本单位 ，包括电子、质子、中子等。它 们具有电荷和质量，是构成原子 和分子的基础。
传播子
传播子是传递力的粒子，如光子 、介子和胶子等。它们负责传递 电磁力、强核力和弱核力等基本 相互作用力。
研究有机化合物的一般方法ppt课件
通过测定无机物的 质量，推算出所含 各元素的质量分数
计算出该有机化合 物分子内各元素原 子的最简整数比
有机化合物的元素定量分析最早由德国化学家李比希提出。
取一定量含C、 H（O）的有
用CuO
机物
氧化
H2O
用无水 质量差 CaCl2吸收
CO2
用KOH浓 溶液吸收
质量差
计算O含量
计算C、H含量
（J·von Liebig，1803—1873）
质谱法：快速、精确测定相对分子质量的重要方法。
质谱仪
待测样品
高能电子流等轰击
带正电的离子
计算机分析质荷比
质谱图
图谱分析
分子式
质谱图：
未知物A 的质谱
实验式：C2H6O 质荷比数：46 相对分子质量：46 分子式：C2H6O
根据有机物中碳原子的成键特点，写出C2H6O可能的结构：
二甲醚
乙醇
任务四：确定分子结构
原理：用电磁波照射含氢元素的化合物，不同化学环境的 氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出 现的位置也不同，且吸收峰的面积与氢原子数成正比。
吸收峰数目＝氢原子种类
不同峰面积之比（强度之比）＝ 不同氢原子的个数之比
方法二：核磁共振氢谱
图片出自有机化学基础，人民教育出版社，2020版，第18页
三氯甲烷 62℃
四氯化碳 77℃
可用蒸馏法分离提纯液态混合物中二氯甲烷、三氯 甲烷和四氯化碳。
注意事项：
①蒸馏烧瓶中所盛液体体积：1/3≤V≤2/3 ②蒸馏烧瓶加热时要垫上石棉网 ③蒸馏烧瓶中加入沸石，防止暴沸 ④温度计的水银球应位于蒸馏烧瓶的支管口处 ⑤冷凝水从下口进，上口出 ⑥实验开始前应先检查装置气密性 ⑦实验前先通水，再加热；实验后先停止加热，再停水。
kb玻尔兹曼常数
kb玻尔兹曼常数摘要：1.玻尔兹曼常数的定义和意义2.玻尔兹曼常数在物理学中的应用3.玻尔兹曼常数在现实生活中的应用4.我国在玻尔兹曼常数研究方面的进展5.玻尔兹曼常数与其他物理学概念的关系正文：玻尔兹曼常数是一个重要的物理学常数，其值为kB = 1.380649×10^-23 J/K。
它用于描述热力学系统中的能量传递和热力学过程，是热力学温度的单位。
玻尔兹曼常数的发现和应用，为人类理解微观世界提供了重要的理论基础。
玻尔兹曼常数在物理学中具有广泛的应用。
首先，它是我们国家计量院制定温度标准的重要依据。
在我国，摄氏温度计量标准就是以玻尔兹曼常数为基准制定的。
其次，玻尔兹曼常数在研究微观粒子相互作用、量子力学、统计物理等领域具有重要意义。
例如，在研究原子和分子相互作用时，玻尔兹曼常数可以用来计算粒子间的势能和能量转移。
此外，在半导体、核物理、高能物理等领域，玻尔兹曼常数也是不可或缺的参数。
在现实生活中，玻尔兹曼常数也有着广泛的应用。
例如，在能源转换、热传导、热力学系统优化等方面，都可以利用玻尔兹曼常数进行分析和计算。
我们知道，能量转换过程中总会有一部分能量以热量的形式散失，而玻尔兹曼常数正是用来描述这种能量转换过程中热量的微观传递机制。
通过研究玻尔兹曼常数，我们可以更好地理解和优化能源转换设备，提高能源利用效率。
在玻尔兹曼常数的研究方面，我国科学家做出了重要贡献。
例如，我国科学家在低温物理、量子气体、玻色-爱因斯坦凝聚等领域的研究，都与玻尔兹曼常数密切相关。
通过对玻尔兹曼常数的精确测量和理论研究，我国科学家为国际物理学界提供了宝贵的研究数据和理论支持。
玻尔兹曼常数与其他物理学概念密切相关，例如熵、温度、热量等。
熵是描述系统无序程度的物理量，而温度则是描述系统热状态的物理量。
在热力学中，熵的定义就涉及到玻尔兹曼常数。
此外，热量传递过程也可以用玻尔兹曼常数来描述。
通过对这些概念的研究，我们可以更好地理解自然界中的热力学过程。
动量守恒定律
科学研究：动量守恒定律在科学研究中也有着重 要的应用，如天文学、宇宙学等领域的研究，推 动了人类对自然界和宇宙的认识和理解。
汇报人：XX
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
01
02
03
04
05
06
动量是质量与速度 的乘积
动量具有方向性， 遵循矢量运算规则
动量是描述物体运 动状态的重要物理 量
动量守恒定律是自 然界中最基本的定 律之一
p=mv：动量的定义式，其中p表示动量，m表示质量，v表示速度 p1+p2=p1'+p2'：系统动量守恒的数学表达式，表示系统初态和末态的动量之和相等 Δp=0：系统动量守恒的另一种表述，表示系统动量的变化量为零 Ft=Δp：动量定理的数学表达式，表示力在时间上的积累等于动量的变化量
运动状态：弹性碰撞中， 碰撞后两物体分离，速 度交换；非弹性碰撞中， 碰撞后两物体速度均发 生变化。
实例：台球运动中的 两球碰撞属于弹性碰 撞，子弹打入木块属 于非弹性碰撞。
体育运动：例如棒球、高尔夫球等，运动员通过调整身体姿势和挥杆速度，利用动量守恒定律 来提高击球距离和准确性。
车辆安全：安全气囊系统利用动量守恒定律来减少碰撞时的冲击力，保护乘客的安全。
推导过程中考虑外力对系统的影响
推导过程中忽略外力对系统的影响
添加标题
添加标题
外力对系统动量的改变量是零
添加标题
添加标题
外力对系统动量的改变量是可忽略 不计的
牛顿第二定律的应用
速度与力的关系式推导
添加标题
添加标题
力的时间累积效应
添加标题
添加标题
EXAFS PPT课件
曲线间的差值△µx，以此为µ0(E)，这个值实际上即为 吸收边的阶跃高度。它的样品量的多少是成正比的。
4）E-k转化：利用公式k=[2m(E-E0)]1/2/h,将x(E)转化 成x(k)。在采集数据时，是以等间隔单色器转动角度为 步长进行的。经过上述一连串的变换，在k空间数据已 不是等间隔的。为了以后变换到等k间隔。等k间隔的x 值。是在x(k)曲线上插值求得的。
能量kev
• 吸收边的附近有一些分立的峰或起伏振荡,
这现象被称为X射线吸收的精细结构.
• 精细结构一般在于边前10ev－1000ev。人
们将吸收边后40ev－1000ev这段吸收光谱， 称为EXAFS。EXAFS是电离光电子被吸收原 子周围的配位原子作单散射（散射一次） 回到吸收原子与出射波干涉形成的，其特 点是振幅不大，似正弦波动。
由于相移的存在，RSF图中EXAFS的贡献与R的关 系是畸变了的，即与RSF与图中峰之最大值对应的R 值并非真正的吸收原子与配位原子间的距离，需要 校正。
•2） Fourier反变换（IFT）：RST图中包含了吸收
原子所有的配位层，如对其进行整体处理，同时求
取所有配位层的结构参数，则参数数量较多，计算
• 1）理论拟和：从理论计算得出与样品中吸收原子和背散
射原子相对应的fj(k，π)和φj(k)，从而获得理论的x(k)，应 用最小二乘方技术，将它与实验得到的x(k)相比较，通过 调节Nj ，rj ，ơj和△E0，使得两者差的平方和为最小，这 时得到的Nj ，rj ，ơj和△E0 就认为是所求的参数。
•（2）曲线拟和求结构参数
所谓曲线拟和就是按照一定的结构模型用理论计算 一张与某一配位层对应的EXAFS谱，去与滤波后的 实验谱比较，应用最小二乘方技术，通过改变计算 公式中的一些参数，使两者相符（相差最小）的方 法。若改变的是需求的结构参数，则在两者相符后 就得到需求的结构参数。
4）E-k转化：利用公式k=[2m(E-E0)]1/2/h,将x(E)转化 成x(k)。在采集数据时，是以等间隔单色器转动角度为 步长进行的。经过上述一连串的变换，在k空间数据已 不是等间隔的。为了以后变换到等k间隔。等k间隔的x 值。是在x(k)曲线上插值求得的。
能量kev
• 吸收边的附近有一些分立的峰或起伏振荡,
这现象被称为X射线吸收的精细结构.
• 精细结构一般在于边前10ev－1000ev。人
们将吸收边后40ev－1000ev这段吸收光谱， 称为EXAFS。EXAFS是电离光电子被吸收原 子周围的配位原子作单散射（散射一次） 回到吸收原子与出射波干涉形成的，其特 点是振幅不大，似正弦波动。
由于相移的存在，RSF图中EXAFS的贡献与R的关 系是畸变了的，即与RSF与图中峰之最大值对应的R 值并非真正的吸收原子与配位原子间的距离，需要 校正。
•2） Fourier反变换（IFT）：RST图中包含了吸收
原子所有的配位层，如对其进行整体处理，同时求
取所有配位层的结构参数，则参数数量较多，计算
• 1）理论拟和：从理论计算得出与样品中吸收原子和背散
射原子相对应的fj(k，π)和φj(k)，从而获得理论的x(k)，应 用最小二乘方技术，将它与实验得到的x(k)相比较，通过 调节Nj ，rj ，ơj和△E0，使得两者差的平方和为最小，这 时得到的Nj ，rj ，ơj和△E0 就认为是所求的参数。
•（2）曲线拟和求结构参数
所谓曲线拟和就是按照一定的结构模型用理论计算 一张与某一配位层对应的EXAFS谱，去与滤波后的 实验谱比较，应用最小二乘方技术，通过改变计算 公式中的一些参数，使两者相符（相差最小）的方 法。若改变的是需求的结构参数，则在两者相符后 就得到需求的结构参数。
动量动量定理课件
实验结论
实验结果表明，一个物体所受合外力的冲量等于物体 动量的变化量，验证了动量定理的正确性。通过实验， 学生可以更加深入地理解动量定理，掌握其应用方法， 提高物理实验能力和科学素养。
06
动量定理的扩展与深化
动量定理的推广
推广到多维空间
动量定理不仅适用于一维空间，还可以推广 到多维空间，描述物体在任意方向上的动量 变化。
2. 在滑块上加砝码，使滑块具有一定质量。
实验器材与步骤
3. 用橡皮筋拉动滑块 加速，使滑块受到合 外力的作用。
5. 记录实验数据并分 析。
4. 测量滑块加速过程 中的合外力和作用时 间。
实验结果与结论
实验结果
通过实验测量和计算，得到合外力、作用时间和动量 变化量的数值关系，验证了动量定理的正确性。
动量的计算
总结词
动量的计算公式是 $p = mv$。
详细描述
动量的计算公式是 $p = mv$，其中 $m$ 是物体的质量，$v$ 是物体的速度。 这个公式适用于任何惯性参考系中的质点。
动量的单位
总结词
在国际单位制中，动量的单位是千克· 米/秒（kg·m/s）。
详细描述
根据国际单位制的规定，动量的单位 是千克·米/秒（kg·m/s）。这个单位 是由质量单位千克（kg）和速度单位 米/秒（m/s）相乘得来的。
定义
物体的质量m、速度v和动量p之间的关系为 p=mv。
推导过程
根据牛顿第二定律，物体受到的合外力等于 其质量与加速度的乘积，即F=ma。对时间 进行积分，得到冲量I=∫Fdt。根据定义， 动量的变化量等于冲量，即Δp=I。将F=ma 代入积分式，得到Δp=∫ma dt=m∫adt=mat=mv2-v1。
2024版年度物理(中职通用版)全套教学课件
物理(中职通用版)全套 教学课件
2024/2/3
1
目录
• 物理学科概述 • 力学基础知识 • 热学基础知识 • 电磁学基础知识 • 光学基础知识 • 现代物理初步知识
2024/2/3
2
01
物理学科概述
2024/2/3
3
物理学科定义与特点
2024/2/3
定义
物理学是研究物质的基本结构、相 互作用和运动规律的自然科学。
特点
实验为基础，理论为指导，注重定 量分析和科学思维。
4
物理学科发展历史
01
02
03
古代物理学
以自然哲学为主，探讨自 然现象的本质。
2024/2/3
近代物理学
以实验为基础，建立了经 典力学、热力学和电磁学 等理论体系。
现代物理学
以相对论和量子力学为代 表，揭示了微观和宏观世 界的奥秘。
5
物理学科在中职教育中地位
21
电磁波产生、传播和接收
电磁波的产生
电磁波是由变化的电场和磁场相互 激发而产生的波动现象。
电磁波的传播
电磁波可以在真空中传播，其传播 速度等于光速，具有波粒二象性。
2024/2/3
电磁波的接收
电磁波可以通过天线等设备接收并 转换为电信号进行处理和应用。
电磁波的应用与防护
电磁波在通信、广播、雷达等领域 有广泛应用，但过强的电磁波也会 对人体和环境产生危害，因此需要
光的干涉 两列或多列光波在空间某些区域相遇时相互叠加，在某些 区域始终加强，在另一些区域始终减弱，形成稳定的强弱 分布的现象。
光的衍射
光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象。
2024/2/3
1
目录
• 物理学科概述 • 力学基础知识 • 热学基础知识 • 电磁学基础知识 • 光学基础知识 • 现代物理初步知识
2024/2/3
2
01
物理学科概述
2024/2/3
3
物理学科定义与特点
2024/2/3
定义
物理学是研究物质的基本结构、相 互作用和运动规律的自然科学。
特点
实验为基础，理论为指导，注重定 量分析和科学思维。
4
物理学科发展历史
01
02
03
古代物理学
以自然哲学为主，探讨自 然现象的本质。
2024/2/3
近代物理学
以实验为基础，建立了经 典力学、热力学和电磁学 等理论体系。
现代物理学
以相对论和量子力学为代 表，揭示了微观和宏观世 界的奥秘。
5
物理学科在中职教育中地位
21
电磁波产生、传播和接收
电磁波的产生
电磁波是由变化的电场和磁场相互 激发而产生的波动现象。
电磁波的传播
电磁波可以在真空中传播，其传播 速度等于光速，具有波粒二象性。
2024/2/3
电磁波的接收
电磁波可以通过天线等设备接收并 转换为电信号进行处理和应用。
电磁波的应用与防护
电磁波在通信、广播、雷达等领域 有广泛应用，但过强的电磁波也会 对人体和环境产生危害，因此需要
光的干涉 两列或多列光波在空间某些区域相遇时相互叠加，在某些 区域始终加强，在另一些区域始终减弱，形成稳定的强弱 分布的现象。
光的衍射
光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象。
《激光产生的原理》课件
激光物理
利用激光的特点和研究光与 物质相互作用规律的一门学 科，具有深入揭示特点进行化学反应的引 发和调控，具有高效、环保 、可控性强等特点。
激光生物学
利用激光的特点和研究生物 体系结构和功能的学科，具 有深入揭示生命现象和本质 的特点。
激光的色纯度受到光学元件的 限制，难以达到完美的单色性 。
激光的相干性会导致其光束发 散角较小，传输距离有限。
未来展望
随着科技的不断发展，未来有望通过新材料、新技术的研发，提高激光的输出功率 和单色性。
探索新型的激光产生机制，如超快激光、量子级联激光等，将为科技发展带来新的 突破。
结合其他技术领域，如人工智能、物联网等，实现激光技术的智能化和网络化，拓 展其在各行业的应用前景。
《激光产生的原理》 ppt课件
目录
CONTENTS
• 激光简介 • 激光产生的原理 • 激光的应用 • 激光的未来发展 • 总结
01
激光简介
激光的定义
01
激光定义：激光是由原子或分子 等物质在受到外部能量激发后， 自发辐射产生的相干光。
02
激光的产生需要满足三个基本条 件：工作物质、激励能源和光学 谐振腔。
高亮度
由于光的相干性，激光可以形 成高亮度的平行光束。
03
激光的应用
工业领域
激光切割
激光焊接
利用高能激光束对材料进行精确切割，具 有高效、精准、环保等优点。
通过激光束的高能量实现金属或非金属材 料的连接，具有焊接强度高、变形小、精 度高等特点。
激光打标
激光清洗
利用激光的高能量密度在各种材料表面进 行标记和刻蚀，具有标记清晰、耐久性好 、适用范围广等优点。
激光美容
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14
3） Wick旋转. 4） D维欧氏空间的球坐标变换.
2021/2/20
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5） 角向及径向积分.
角向积分： 作变换 t K 2 /(x1x2s12x1x3s123) ：
并对径向作积分： 有：
2021/2/20
16
（3）A,B标量积分函数的解析结果：
G. 't Hooft and M. Veltman, NLB153,365(1979)
A0m
m2 log
m2
2
1 OD
4,
4
2 D
E
log
4
B0
p2 , m0 , m1
2 log
2
p2
x1
log 1
1 x1
x2
log 1
1 x2
其中
x1,2
p2
m12
m02
2
p2 m12
p2 i
m02
2
4m12
2021/2/20
17
(4) 五点标量函数计算:
对标量五点积分函数：
(A. Denner and S. Dittmaier, hep-ph/0212259)
2021/2/20
18
(5) 六点标量积分函数计算:
Guo 方法：
定义5点和6点标量积分函数：
并用E0 (i)表示 F0 消去传播子Ni后得到的5点函数。
2021/2/20
19
定选择系数，使得： 取：
2021/2/20
9
c) N条外线过程的NLO计算
含胶子、光子或轻夸克辐射的N+1条外线树图的对应幅度 产生；
实(胶子、光子、轻夸克)辐射过程软、共线发散的分离； PDF抵消项贡献中红外发散(共线发散)的分离； N条外线单圈图(包括抵消项图)的对应幅度的产生； 计算单圈图，分离出软、共线发散； 将上述贡献相加，消除紫外及红外发散； 有限贡献的幅度数值计算。
例: 费米子传播函数的规则和三胶子作用顶点的规则：
2021/2/20
6
例：
矩阵元 其中
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7
二阶张量圈图积分函数部分： 矩阵元中剩余部分： 标量积分函数：
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8
b) IR和UV发散的正规化
k0, IR发散! kinf, UV发散!
维数正规化方案（n=4-2 ）
UV发散的l圈图积分函数则出现最高达 1/ l 阶极点项。 IR发散的l圈图积分函数则可以出现直到 1/ 2l 阶的极点项。
2021/2/20
4
2.量子场论计算的基础知识
可观测量O的期望值:
其中
M
为过程的矩阵元（动力学部分）
n
dn ( p1, p2, k1,..., kn ) 为相空间体积元
2021/2/20
a) 费曼规则: 费曼图 数学表达式
图形与幅度的转换过程是按照费曼图图形技术中所对应的 规则进行的;
外线对应自由波函数，内线对应着传播函数，顶点对应相 互作用顶点。
2021/2/20
10
3. 单圈标量积分函数计算
n（=4-2 ）维下费曼图对应的幅度可以表示为对张量积
分函数与外部张量S的乘积求和，即
其中
S只与外线运动学相关．
2021/2/20
11
I的一般形式为：
对应于对称张量组合．例如：
标量系数 cjns, s1,..., sm 可以通过Passarino-Veltman方法求
高能物理过程的精确 计算
中国科学技术大学 张仁友 2006年10月31日 桂林
2021/2/20
1
1. 引言
标准模型的检验
W，Z， top等粒子的物理特性的精确测量…
Higgs粒子的寻找与测量
Higgs粒子是否存在 Higgs粒子的物理特性 是否是标准模型的Higgs粒子
新物理的发现与精确测量
超对称，额外维，小Higgs模型…等新模型的发现；模 型参数测量
2021/2/20
2
高能对撞机
Tevatron (running) • com: 1.96 TeV PPbar • lumi: 2E32 cm-2s-1 • CDF, D0
LHC (2007)
• com: 14 TeV PP • lumi: 2E33 cm-2s-1 @low luminisity, then 2E34 cm-2s-1 • ATLAS，CMS，LHCb， Alice
(2 ) ( 4 D ) i 2
d Dq 1 D0 D1D2
D0
(
p1,
p2 ,
p3 ,
m0 ,
m1,
m2 ,
m3 )
(2 ) ( 4 D ) i 2
d Dq
1
D0 D1D2 D3
其中:
D0 q2 m02 i D1 (q p1)2 m12 i
D2 (q p2 )2 m22 i D3 (q p3)2 m32 i
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得到： 其中， Binoth的方法：
其中：
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为Gram行列式。
21
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22
4.张量积分函数计算
(1) Passarino-Veltman 方法：
N点p阶张量积分：
利用下面的性质降阶：
例如，对于3点2阶张量积分：
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其中： 三、四、五点张量积分函数推导中出现的Gram矩阵分别为：
D n 4 2
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13
（2) 基本标量积分函数计算:
以 I
d Dk1
1
为例来说明标量函数的计算。
i D/ 2 (k12 )(k22 )(k33 )
1）Feynman 或 Schwiger 参数化. Feynman参数化
Schwiger参数化
2）积分变量平移. 定义:
2021/2/20
出．它们由标量积分函数表示出．
上述即为张量积分的约化过程。
2021/2/20
12
（1）标量A,B,C,D圈积分函数定义;
A0
(m0
)
(2 ) ( 4 D ) i 2
d Dq 1 D0
B0 (
p1, m0 , m1)
(2 ) ( 4 D ) i 2
d Dq 1 D0 D1
C0 (
p1,
p2 , m0 , m1, m2 )
LC (in the future) •e+e- collision and gamma-gamma collision,or e-gamma collision • NLC, JLC,TESLA, CLIC
2021/2/20
3
多体末态! 高精度！
理论上高精度计算存在的四个主要问题:
大量费曼图的计算； 标量积分函数的计算； 张量积分函数推导为标量积分函数的计算； 控制数值计算的精度。
• 将p阶的N点张量积分函数系数表示为低阶张量的N点和N-1,N-2,…的