Dự thảo Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lý: Một số quá trình tương tác giữa các hạt mới trong các mô hình chuẩn mở rộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> Triệu Quỳnh Trang<br /> <br /> MỘT SỐ QUÁ TRÌNH TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC HẠT MỚI<br /> TRONG CÁC MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG<br /> <br /> Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán<br /> Mã số: 62 44 01 01<br /> <br /> DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ<br /> <br /> Hà Nội – 2015<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Vật lý lý thuyết- Khoa Vật lý- Trường<br /> Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Hà Huy Bằng<br /> <br /> Phản biện 1:................................................................................................<br /> ........................................................................................................................<br /> Phản biện 2:.....................................................................................................<br /> ........................................................................................................................<br /> Phản biện 3:.....................................................................................................<br /> ........................................................................................................................<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến<br /> sĩ họp tại...............................................................................................................<br /> Vào hồi........ngày......tháng......năm.........<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> - Trung tâm Thông tin- Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Lý do chọn đề tài<br /> Mô hình chuẩn với nhóm đối xứng SUC (3) ⊗ SUL (2) ⊗ Uγ (1) cho các tương tác<br /> mạnh, tương tác yếu và tương tác điện từ có khả năng mô tả một cách khá chính<br /> xác vật lý cho tới thang khoảng cách nhỏ nhất mà hiện nay chúng ta có thể thăm<br /> dò được. Mô hình chuẩn đã chứng tỏ là một lý thuyết tốt khi mà hầu hết các dự<br /> đoán của nó được thực nghiệm khẳng định ở vùng năng lượng dưới 200 GeV.<br /> Bên cạnh đó, có đến hơn 10 lý do để Mô hình chuẩn - lý thuyết vật lí tốt nhất<br /> lịch sử khoa học - không thể là mô hình cuối cùng của vật lí [48]. Theo đó, các<br /> tương tác được mô tả một cách thống nhất bởi đối xứng chuẩn, còn khối lượng các<br /> hạt được giải thích bằng cơ chế phá vỡ đối xứng tự phát ( cơ chế Higgs).Để khắc<br /> phục những hạn chế của mô hình chuẩn, người ta đã mở rộng mô hình chuẩn theo<br /> nhiều cách khác nhau. Tuy nhiên, các mô hình thành công và được mong đợi nhất<br /> hiện nay là mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu (MSSM), mở rộng trong khôngthời gian 5 chiều và mở rộng khi tính đến bất biến tỷ lệ. Trong vật lý hạt cơ bản,<br /> vẫn còn rất nhiều hạt chưa được thực nghiệm tìm ra. Tuy nhiên, nó vẫn chứng tỏ<br /> sự tồn tại của mình thông qua các quá trình tán xạ. Chính vì vậy, chúng tôi lựa<br /> chọn đề tài "Một số quá trình tương tác giữa các hạt mới trong các mô<br /> hình chuẩn mở rộng" để nghiên cứu. Trong luận án này, chúng tôi đề cập đến<br /> 2 hạt cơ bản là unparticle và radion. Qua nghiên cứu sự ảnh hưởng của hai hạt<br /> này lên một số quá trình tán xạ cơ bản, chúng tôi khẳng định thêm sự tồn tại của<br /> chúng và đánh giá được mức độ ảnh hưởng của chúng lên tiết diện tán xạ toàn<br /> phần. Đồng thời cung cấp thêm một kênh thông tin để tìm kiếm các hạt này bằng<br /> thực nghiệm.<br /> 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu<br /> Như đã trình bày ở trên, trong mô hình chuẩn có nhiều hướng mở rộng khác nhau<br /> để khắc phục những hạn chế của nó. Có 3 hướng mở rộng đang được quan tâm và<br /> đạt được nhiều kết quả quan trọng, đó là mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu,<br /> mở rộng trong không- thời gian 5 chiều và mở rộng khi tính đến bất biến tỷ lệ. Với<br /> mỗi mô hình mở rộng đều có đề xuất các hạt mới cần phải nghiên cứu. Chính vì<br /> vậy, mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu sự ảnh hưởng của các hạt mới<br /> này lên một số quá trình tán xạ kinh điển của Vật lý hạt cơ bản để khẳng định sự<br /> đúng đắn của các mô hình chuẩn mở rộng, đồng thời chứng tỏ sự tồn tại của các<br /> hạt mới thông qua việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của chúng lên tiết diện tán<br /> xạ vi phân và tiết diện tán xạ toàn phần. Với mức độ ảnh hưởng rắt lớn vào các<br /> tiết diện tán xạ ở mức năng lượng cao đã mang đến hy vọng tìm thấy các hạt trên<br /> trong tương lai không xa.<br /> Với mục đích trên, đối tượng nghiên cứu là các hạt mới bao gồm hạt unparticle,<br /> hạt radion.<br /> Phạm vi nghiên cứu của đề tài là một số quá trình tán xạ kinh điển trong vật lý<br /> hạt cơ bản như quá trình tán xạ e+ e− và tán xạ µ+ µ− ra các hạt squarks, quá<br /> <br /> trình tán xạ γγ → γγ, quá trình tán xạ Compton e− γ → e− γ và quá trình tán xạ<br /> Bhabha e+ e− → e+ e− .<br /> 3. Phương pháp nghiên cứu<br /> Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng những phương pháp nghiên cứu truyền thống<br /> của vật lý năng lượng cao cũng như các phương pháp tính toán và xử lý số liệu<br /> trên máy tính:<br /> • Các phương pháp của lý thuyết trường lượng tử: kỹ thuật giản đồ Feymann,<br /> phương pháp khử phân kỳ, phương pháp tái chuẩn hóa.<br /> • Sử dụng phần mềm Maple 17 để vẽ đồ thị và xử lý số.<br /> • Phân tích số liệu bằng đồ thị .<br /> 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án<br /> Kết quả của luận án giúp nâng cao hiểu biết về lý thuyết trường cũng như về các<br /> hạt mới thông qua một số quá trình tương tác kinh điển trong vật lý hạt như quá<br /> trình tán xạ γγ → γγ, quá trình tán xạ Compton e− γ → e− γ, quá trình tán xạ<br /> Bhabha e+ e− → e+ e− , quá trình tán xạ e+ e− , µ+ µ− ra các hạt squarks. Từ những<br /> đóng góp của các hạt radion và unparticle vào tiết diện tán xạ toàn phần của các<br /> quá trình trên, có thể khẳng định các mô hình mở rộng trên là hoàn toàn đúng<br /> đắn và không thể bỏ qua các hạt mới này trong quá trình nghiên cứu sự tương tác<br /> của các hạt. Các kết quả cũng góp phần quan trọng trong việc tìm kiếm các hạt<br /> mới ở vùng năng lượng cao trong tương lai.<br /> 5. Bố cục của luận án<br /> Cùng với phần mở đầu, tổng kết và các phụ lục, nội dung cơ bản của luận án được<br /> trình bày trong 3 chương theo 1 trình tự logic nhất định, trong đó có 15 bảng biểu,<br /> 24 hình vẽ và đồ thị cùng với 94 tài liệu tham khảo.<br /> Chương 1: Mô hình chuẩn và sự mở rộng<br /> 1.1. Giới thiệu chung về mô hình chuẩn<br /> Các quy luật của tự nhiên được tóm tắt trong Mô hình chuẩn (standard model).<br /> Mô hình này đã mô tả thành công bức tranh hạt cơ bản và các tương tác, góp phần<br /> quan trọng vào sự phát triển của vật lí hạt.Lý thuyết trường lượng tử là sự tổng<br /> quát hóa cơ học lượng tử, mô tả được những hệ có số hạt thay đổi, cũng như sự<br /> biến đổi của các hạt, sự sinh- hủy hạt. Nó thể hiện được cả tính “hạt” của sóng và<br /> tính “sóng” của hạt.<br /> <br /> QUARKS<br /> Up<br /> Charm<br /> Top<br /> 2<br /> Q=<br /> u<br /> C<br /> T<br /> 3<br /> QUARKS<br /> Down<br /> Strange<br /> Bottom<br /> 1<br /> Q=−<br /> d<br /> S<br /> B<br /> 3<br /> LEPTONS<br /> Electron<br /> Muon<br /> Tauon<br /> Q = −1<br /> e<br /> µ−<br /> τ−<br /> LEPTON Neutrino electron Neutrino muon Neutriono tauon<br /> Q=0<br /> vε<br /> vµ<br /> vτ<br /> Bảng 1.1: Cấu trúc hạt cơ bản trong mô hình chuẩn<br /> 1.2. Mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu<br /> Mô hình chuẩn được mở rộng bằng cách tiết kiệm và đơn giản nhất thông<br /> qua việc sử dụng nhóm đối xứng chuẩn SU (3)C × SU (2)L × U (1)γ , trong đó ta<br /> 1<br /> chỉ việc thay trường bình thường bởi siêu trường. Các trường spin 0, , 1 của SM<br /> 2<br /> 1<br /> 1<br /> được bổ sung bởi các bạn đồng hành siêu đối xứng của chúng với thứ tự spin , 0, .<br /> 2<br /> 2<br /> 1.3. Mô hình chuẩn mở rộng trong không- thời gian 5 chiều và radion<br /> Bên cạnh mô hình siêu đối xứng tối thiểu còn có một hướng khả quan để mở rộng<br /> Mô hình chuẩn là lý thuyết mở rộng thêm chiều không gian (Extra Dimension). Lý<br /> thuyết đầu tiên theo hướng này là lý thuyết Kaluza- Klein (1921) mở rộng không<br /> gian 4 chiều thành không gian 5 chiều nhằm mục đích thống nhất tương tác hấp<br /> dẫn và tương tác điện từ. Có một mô hình có thể giải thích được vấn đề phân bậc,<br /> giải thích tại sao hấp dẫn lại rất nhỏ ở thang điện yếu, giải thích tại sao chỉ có<br /> ba thế hệ fermion và có sự phân bậc giữa chúng, vấn đề neutrino... Đó là mô hình<br /> Randall- Sundrum (RS). Radion và vật lý gắn với nó là một yếu tố mới trong mô<br /> hình. Chứng mình được sự tồn tại của radion khi kể đến đóng góp của nó vào tiết<br /> diện tán xạ toàn phần của một quá trình tán xạ là một trong những bằng chứng<br /> khẳng định tính đúng đắn của mô hình RS.<br /> 1.3.1. Mẫu Randall Sundrum<br /> Các mô hình Randall Sundrum (RS) được dựa trên không- thời gian 5D mở rộng<br /> compact hóa trên orbifold S 1 /Z2 , quỹ đạo đa tạp trong đó có hai ba - brane (4D<br /> siêu bề mặt) định xứ tại hai điểm cố định: brane Planck y = 0 và brane TeV tại<br /> 1<br /> y = . Lagrangian hiệu dụng bốn chiều có dạng:<br /> 2<br /> ∞<br /> <br /> L=−<br /> <br /> Φ0 µ<br /> 1 µυ<br /> Tµ −<br /> T (x)<br /> h(n) (x)<br /> µυ<br /> ˆ<br /> Λφ<br /> ΛW<br /> n=0<br /> <br /> (1)<br /> <br /> √<br /> Với Λφ = 6Mpl Ω0 là trung bình chân không của trường radion. Tiếp theo ta sẽ<br /> xét đến khối lượng của radion và một vài tham số khác của mô hình. Những kết<br /> <br />