本课程为研究生课程”量子多体物理”(Quantum Many-Body Physics)。这门课的目标是建立起费米液体(Fermi liquid)以及与之紧密相关的物态(包括常规超导)的基本图像。参考讲义为课程提供的 Lecture Notes,部分章节可参考经典教材(如 Altland & Simons 的 Condensed Matter Field Theory)。

学完这门课你不会立刻成为专家,但应当具备凝聚态物理思考者的基本能力,以及阅读相关经典专著的能力。学习物理最有效的方式是思考那些微妙的问题,而不是死记硬背形式主义或术语。可以多问 AI,但不要轻信它的答案,要独立思考、敢于挑战。

Content:

01 多体问题(The Many-Body Problem)

经典/量子多体问题的困难(相空间与希尔伯特空间的指数墙、混沌),全同粒子与第二量子化(Fock 空间、玻色/费米产生湮灭算符、单体/两体算符)。

02 统计物理与费米气体(Statistical Physics and The Fermi Gas)

统计物理三个系综回顾,自由费米气体:费米海、三种激发(粒子/空穴/粒子-空穴)、热力学性质(比热、熵、电荷与自旋磁化率/泡利顺磁)、相互作用与 $r_s$ 参数。

03 朗道费米液体(Landau Fermi Liquid)

费米海中粒子的寿命 $\gamma\sim\xi^2$、绝热对应与准粒子、朗道能量泛函与朗道参数、相互作用对热力学量的修正(比热、电荷/自旋磁化率、Stoner 与 Pomeranchuk 失稳)、$m^*/m = 1+F_1^s$、集体模式(零声与一声)。

04 格林函数(Green Functions)

六种两点格林函数、自由粒子格林函数、Lehmann 表示、谱函数与求和规则、推迟格林函数即响应函数(线性响应理论)、Matsubara 虚时格林函数与解析延拓。

05 微扰论(Perturbation Theory)

正则形式主义与 Wick 定理、费曼图解(组合因子、频率求和、Hartree/交换能)、连通图与真空图相消、Dyson 方程与自能、生成泛函、路径积分(实/虚时间、相干态、格拉斯曼数、高斯积分)。

06 费米液体的微观理论(Fermi liquid: Microscopics)

电磁响应:极化函数与 Lindhard 函数、RPA、介电函数与 Thomas-Fermi 屏蔽、光学电导率(Kubo 公式、f-求和规则、Drude 公式)、等离子体激元;单粒子性质:Hartree-Fock 的病态、GW 近似、准粒子权重与谱函数、杂质散射。

07 自发对称性破缺(Spontaneous Symmetry Breaking)

对称性的两种含义、Z₂ 对称的 φ⁴ 场论与 Ising 模型、平均场理论(序参量、二级相变、磁化率发散)、高斯涨落与关联长度、SSB 的严格定义:长程有序。

08 超导:唯象理论(Superconductivity: Phenomenology)

超导历史、Ginzburg-Landau 理论(U(1) 对称与规范不变、自发破缺)、London 方程与 Meissner 效应、临界磁场、磁通量子化、第一类与第二类超导体(Abrikosov 涡旋晶格)。

09 超导:BCS 理论(Superconductivity: BCS Theory)

声子介导吸引(Einstein 声子与 Bardeen-Pines 相互作用)、Cooper 对与 Cooper 失稳、BCS 变分波函数与能隙方程、Bogoliubov 变换与准粒子、临界温度与 Ginzburg-Landau 约化、场论途径(Hubbard-Stratonovich 变换、Anderson-Higgs 机制)、两流体模型、非对角长程序、电荷/自旋密度波(Peierls 失稳、费米面嵌套)。

10 涨落、临界现象与重整化群(Fluctuations, Critical Phenomena and RG)

经典与量子统计模型、Ginzburg 判据与上临界维数、Wilson 动量壳重整化群(积掉与重标度、RG 流与 Wilson-Fisher 不动点)、标度函数与临界指数、连续对称性与 Goldstone 模、Mermin-Wagner 定理、二维 BKT 相变(涡旋、库仑等离子体、超流刚度普适跳跃)。