intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu các quá trình trình trong U-hạt

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:47

Thêm vào BST
Báo xấu
15
lượt xem 2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong luận văn này tác giả sẽ tính toán tiết diện tán xạ vi phân và tán xạ toàn phần của quá trình sinh Meson giả vô hướng từ va chạm e+e- và quá trình sinh Squark từ va chạm Muon khi có sự tham gia của U - hạt. Từ đó đóng góp vào việc so sánh thực nghiệm và lý thuyết mô hình chuẩn chưa hoàn chỉnh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu các quá trình trình trong U-hạt

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGUYỄN THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH TRONG U – HẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014
  2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGUYỄN THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH TRÌNH TRONG U – HẠT Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Mã số: 60440103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS.Hà Huy Bằng Hà Nội - Năm 2014
  3. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Hà Huy Bằng, người thầy đã hết lòng dẫn dắt, động viên, khích lệ và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu khoa học và hướng dẫn tôi thực hiện khóa luận này. Tác giả xin kính trọng cảm ơn Th.S. Nguyễn Thu Hường đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và có những ý kiến đóng góp quý báu cho tôi trong quá trình hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Khoa học tự nhiên, các thầy cô giáo trong Khoa Vật lý, chuyên ngành Vật lý lý thuyết - Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - ĐHQGHN đã quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu, để tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo cùng bạn bè và những người thân trong gia đình đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi tập trung vào việc học tập và nghiên cứu để hoàn thiện luận văn này. Hà Nội, ngày 12 tháng 1 năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Ngọc 1
  4. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 3 CHƢƠNG 1: MÔ HÌNH CHUẨN VÀ SỰ MỞ RỘNG VỚI SỰ THAM GIA CỦA U - HẠT ........................................................................................................ 7 1.1. Mô hình chuẩn .................................................................................................. 7 1.2. Mô hình chuẩn mở rộng. Siêu đối xứng và U - hạt .......................................... 11 1.3. Giới thiệu về U - hạt ....................................................................................... 14 1.4. Hàm truyền của U - hạt ................................................................................... 16 1.5. Lagrangian tương tác của các loại U - hạt với các hạt trong mô hình chuẩn. ... 17 1.5.1. Liên kết U - hạt vô hướng - Liên kết với bosons gauge : .............................. 17 1.5.2. Liên kết OU vecto: ...................................................................................... 18 1.5.3 Liên kết với spinor OUs : .............................................................................. 18 1.5.4. Tương tác của các U - hạt vô hướng, vecto và tensor với các hạt trong mô hình chuẩn ............................................................................................................. 19 1.6. Các đỉnh tương tác của U - hạt ........................................................................ 20 1.6.1. Các đỉnh tương tác của U - hạt vô hướng ..................................................... 20 1.6.2 Các đỉnh tương tác của U - hạt vector ........................................................... 20 1.6.3 Các đỉnh tương tác của U - hạt tensor ........................................................... 21   CHƢƠNG 2: SỰ SINH MESON TỪ VA CHẠM e e VỚI SỰ THAM GIA CỦA U - HẠT ..................................................................................................... 22 2.1. Ma trận tán xạ ................................................................................................. 22 2.2. Tiết diện tán xạ .............................................................................................. 29 2.3 Kết quả tính số................................................................................................. 31 CHƢƠNG 3: SỰ SINH SQUARK TỪ MUON VỚI SỰ THAM GIA CỦA U- HẠT................................................................................................................. 33 3.1. Ma trận tán xạ ................................................................................................. 33 3.2. Tiết diện tán xạ ............................................................................................... 38 3.3 Kết quả tính số................................................................................................. 39 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 41 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 45 2
  5. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tiết diện tán xạ trên một đơn vị F q  q 2  của quá trình ee  pp …....32 2 Bảng 3.1: Tiết diện tán xạ trên một đơn vị F q  q 2  của quá trình      qq …...39 2 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Tiết diện tán xạ trên một đơn vị F q  q 2  của quá trình ee  pp ……32 2 Hình 3.1: Tiết diện tán xạ trên một đơn vị F q  q 2  của quá trình      qq …...40 2 3
  6. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc MỞ ĐẦU Mục đích của vật lý năng lượng cao là hiểu và mô tả bản chất của các hạt và tương tác của chúng bằng cách sử dụng các phương pháp lý thuyết trường. Vật lý hạt là một nhánh của vật lý, nghiên cứu các thành phần hạ nguyên tử cơ bản, bức xạ và các tương tác của chúng. Lĩnh vực này cũng được gọi là vật lý năng lượng cao bởi nhiều hạt cơ bản không xuất hiện ở điều kiện thông thường. Chúng chỉ có thể được tạo ra qua các va chạm trong máy gia tốc năng lượng cao. Những hiểu biết của chúng ta về thế giới tự nhiên phần lớn là nhờ lý thuyết về vật lý hạt. Các hạt cơ bản là cơ sở của sự tồn tại của vũ trụ nhưng cũng còn khá nhiều bí ẩn liên quan tới sự hình thành vũ trụ. Nhờ cơ học lượng tử, chúng có thể được coi chúng là các điểm không có cấu trúc, không kích thước hoặc là sóng. Tất cả các hạt khác là phức hợp của các hạt cơ bản. Các nghiên cứu về vật lý hạt hiện đại đang tập trung vào các hạt hạ nguyên tử, các thành phần cấu tạo nên nguyên tử như điện tử, proton, notron (proton và notron thực ra là các hạt phức hợp cấu thành bởi hạt quark và gluon), các hạt sinh ra từ hoạt động phóng xạ hay là các quá trình tán xạ như photon, neutrino, muon, và các hạt lạ (ví dụ về một hạt lạ là tachyon – một loại hạt lý thuyết di chuyển nhanh hơn ánh sáng). Các hạt được quan sát thấy cho đến nay được phân loại trong một lý thuyết trường lượng tử - gọi là mô hình chuẩn SM – mô hình thu được nhiều kết quả nhất cho tới ngày nay. Mô hình chuẩn kết hợp điện động lực học lượng tử (QED) và lý thuyết trường lượng tử cho tương tác mạnh (QCD) để tạo thành lý thuyết mô tả các hạt cơ bản và 3 trong 4 loại tương tác: tương tác mạnh, yếu và điện từ nhờ trao đổi các hạt gluon, năng lượng và Z boson, photon. Cho đến nay SM mô tả được 17 loại hạt cơ bản, 12 fermion (và nếu tính phản hạt thì là 24), 4 boson vecto và 1 boson vô hướng. Các hạt cơ bản này có thể kết hợp để tạo ra hạt phức hợp. Tính từ những năm 60 cho đến giờ đã có hàng trăm loại phức hợp được tìm ra. Tuy nhiên, bên cạnh những thành công nổi bật trên, mẫu chuẩn còn có một số hạn chế như chưa giải thích được các quá trình vật lý xảy ra ở vùng năng lượng 4
  7. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc cao hơn 200GeV và một số vấn đề cơ bản của bản thân mô hình như lý thuyết chứa quá nhiều tham số và chưa giải thích được tại sao điện tích các hạt lại lượng tử hóa. Mô hình chuẩn không giải thích được những vấn đề liên quan đến số lượng và cấu trúc các thế hệ fermion. Những năm gần đây, các kết quả đo khối lượng của neutrino cho thấy những sai lệch so với kết quả tính toán từ mô hình chuẩn, đồng thời xuất hiện những sai lệch giữa tính toán lý thuyết trong SM với kết quả thực nghiệm ở vùng năng lượng thấp và vùng năng lượng rất cao. Vào tháng 7 năm 2012 các nhà vật lý ở trung tâm nghiên cứu hạt nhân Châu Âu CERN đã tìm ra hạt Higgs boson chứng tỏ mô hình chuẩn trở nên xác đáng, đúng đắn nhưng chưa phải hoàn thiện ở năng lượng lớn. Đây chính là lý do mà các nhà vật lý hạt tin rằng SM chưa phải là lý thuyết hoàn chỉnh để mô tả thế giới tự nhiên. Để khắc phục các khó khăn hạn chế của mô hình chuẩn các nhà vật lý lý thuyết đã xây dựng khá nhiều lý thuyết mở rộng hơn như lý thuyết thống nhất (Grand unified theory - GU), siêu đối xứng (supersymmtry), lý thuyết dây (string theory), sắc kỹ (techou - color), lý thuyết Preon, lý thuyết Acceleron và gần đây nhất là U – hạt. Các nhà vật lí lý thuyết giả thuyết rằng phải có một loại hạt nào đó mà không phải là hạt vì nó không có khối lượng nhưng lại để lại dấu vết đó chính là những sai khác giữa lý thuyết và thực nghiệm. Nói cách khác hạt phải được hiểu theo nghĩa phi truyền thống, hay còn gọi là unparticle physics, vật lí mà được xây dựng trên cơ sở hạt truyền thống gọi là unparticle physics (U - hạt). Và một trong những người đi tiên phong trong lĩnh vực này là Howard Georgi, nhà vật lý làm việc tại Đại học Havard. Ông đã xuất bản công trình nghiên cứu về U - hạt, xuất hiện trong tạp chí Physics Review Letters 2007. Ông cho rằng có sự xuất hiện của U - hạt mà không suy ra được từ mô hình chuẩn SM, bài báo viết: “U - hạt rất khác so với những thứ đã được thấy trước đây”. H. Georgi còn cho rằng bất biến tỉ lệ phải đúng cho hạt có khối lượng bất kỳ chứ không chỉ cho các loại hạt có khối lượng rất nhỏ hoặc bằng không. Từ đó, chúng ta phải xem xét các hạt ở khoảng cách bé, thậm chí đưa ra khái niệm về một loại không giống như các hạt truyền thống - unparticle physics (U - hạt). U - hạt tuy không có khối lượng 5
  8. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc nhưng vẫn có tính chất là bất biến tỉ lệ, tuy chưa được tìm thấy nhưng nó được cho rằng nếu tồn tại sẽ tương tác rất yếu với vật chất thông thường. Vì vậy khi máy gia tốc LHC tìm ra bằng chứng cho sự tồn tại của nó, họ đang nỗ lực tính toán lại các quá trình tương tác thông dụng có tính đến sự tham gia của U - hạt như: tán xạ Bha- Bha , Moller , …làm cơ sở cho thực nghiệm. U - hạt cho vùng va chạm là vùng năng lượng cao nhưng ở vị trí tìm thấy U - hạt lại ở vùng năng lượng thấp. Lý thuyết trước đây đã tính đến tiết diện tán xạ, độ rộng phân rã, thời gian sống khi mà chỉ tính theo  , Z ,W  ,W  , g tức tính trong mô hình chuẩn. Và thực nghiệm đã đo được các thông số này. Từ đó khi so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm là khác nhau, điều này chứng tỏ giả thuyết đưa ra chưa hoàn chỉnh cho thực nghiệm. Vậy giả thuyết về U - hạt là tương đối đúng và được mong đợi là để tăng  đến gần với  đo được trong thực nghiệm. Trong luận văn này tác giả sẽ tính toán tiết diện tán xạ vi phân và tán xạ toàn phần của quá trình sinh Meson giả vô hướng từ va chạm e e và quá trình sinh Squark từ va chạm Muon khi có sự tham gia của U - hạt. Từ đó đóng góp vào việc so sánh thực nghiệm và lý thuyết mô hình chuẩn chưa hoàn chỉnh. Bản luận văn bao gồm các phần nhƣ sau: Mở đầu Chương 1: Mô hình chuẩn và sự mở rộng với sự tham gia của U - hạt Chương 2: Sự sinh Meson từ va chạm e e với sự tham gia của U - hạt Chương 3: Sự sinh Squark từ Muon với sự tham gia của U - hạt Kết luận Phụ lục Tài liệu tham khảo 6
  9. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc CHƢƠNG 1: MÔ HÌNH CHUẨN VÀ SỰ MỞ RỘNG VỚI SỰ THAM GIA CỦA U - HẠT 1.1. Mô hình chuẩn Trong vật lý hạt tương tác cơ bản nhất - tương tác điện yếu được mô tả bởi lý thuyết Glashow-Weinberg-Salam (GWS) và tương tác mạnh được mô tả bởi lý thuyết QCD. GWS và QCD là những lý thuyết chuẩn cơ bản dựa trên nhóm SU (2) L  U Y (1) và SU (3) C ở đây L chỉ phân cực trái, Y là siêu tích yếu và C là tích màu. Lý thuyết trường chuẩn là bất biến dưới phép biến đổi cục bộ và yêu cầu tồn tại các trường chuẩn vector thực hiện biểu diễn phó chính qui của nhóm. Vì vậy, trong trường hợp này chúng ta có: 1. Ba trường chuẩn W 1 , W 2 , W 3 của SU (2) L 2. Một trường chuẩn B của U (1) Y 3. Tám trường chuẩn G a của SU (3) C Lagrangian của mô hình chuẩn bất biến dưới phép biến đổi Lorentz, biến đổi nhóm và thỏa mãn yêu cầu tái chuẩn hóa được. Lagrangian toàn phần của mô hình chuẩn là: L  Lgause  L fermion  LHiggs  LYukawa Trong đó:    L fermion  il L   D l L  i q L   D q L  iu R   D q R  i d R   D q R  ie R   D eR Với Y iD  i   gI iWi  g ' B  g s T a G 2 Ở đây ma trận T a là vi tử của phép biến đổi và Ta    ,   là ma trận Pauli, g và g’ tương ứng là hằng số liên kết của các nhóm SU (2) L và U (1) Y , g s là hằng số liên kết mạnh. Lagrangian tương tác cho trường chuẩn – trường gause là: 1 1 1 a a Lgause   Wi Wi  B B  G W 4 4 4 7
  10. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc Trong đó Wi =  Wi    Wvi  g ijk WjWvk B =  B    Bv a G  =  G a    Gva  g s f abc G b Gvc Với  ijk , f abc là các hằng số cấu trúc nhóm SU (2), SU (3) . Nếu đối xứng không bị phá vỡ, tất cả các hạt đều không có khối lượng. Để phát sinh khối lượng cho các boson chuẩn và fermion thì ta phải sử dụng cơ chế phá vỡ đối xứng tự phát sao cho tính tái chuẩn hóa của lý thuyết được giữ nguyên. Cơ chế này đòi hỏi sự tồn tại của môi trường vô hướng (spin 0) gọi là trường Higgs với thế năng V ( )   2 |  |2  / 4 |  |2 . Với sự lựa chọn  và |  | 2 là thực và không âm, các trường Higgs tự tương tác dẫn đến một giá trị kì vọng chân không hữu hạn phá vỡ đối xứng SU (2) L  U (1)Y . Và tất cả các trường tương tác với trường Higgs sẽ nhận được khối lượng. Trường vô hướng Higgs biến đổi như lưỡng tuyến của nhóm SU (2) L mang siêu tích và không có màu. Lagrangian của trường Higgs và tương tác Yukawa gồm thế năng VHiggs , tương tác Higgs-bosson chuẩn sinh ta do đạo hàm hiệp biến và tương tác Yukawa giữa Higgs-fermion.  ~  LHiggs  LYukawa | D |2 ( yd qL  d Ra  yu u L  u R  ye l L  eR  h.c )  V ( ) ~ với yd , yu , ye là các ma trận 3  3.  là phản lưỡng tuyến của  ,  sinh khối lượng ~ cho các down-type quark và lepton, trong khi  sinh khối lượng cho các up-type fermion. Trong khi lagrangian bất biến dưới đối xứng chuẩn, thành phần trung hòa của lưỡng tuyến Higgs có trị trung bình chân không 0  <  >=   sẽ phá vỡ đối xứng SU (2) L  U (1)Y thành U (1) EM thông qua <  >.    / 2  Khi đối xứng toàn cục bị phá vỡ, trong lý thuyết sẽ xuất hiện các Goldstone 8
  11. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc boson này biến mất trở thành những thành phần dọc của boso vector (người ta nói rằng chúng bị các gause boson ăn). Khi đó, 3 bosson vector W , Z  thu được khối lượng là: M W  g / 2 MZ  g 2   g '2 v / 2 Trong khi đó gause boson A (photon) liên quan tới U EM (1) vẫn không khối lượng như là bắt buộc bởi đối xứng chuẩn. Khi phá vỡ đối xứng tự phát, tương tác Yukawa sẽ đem lại khối lượng cho các fermion : 1 1 1 me  y e , mu  y u , md  y d , m  0 2 2 2 Như vậy, tất cả các trường tương tác với trường Higgs đều nhận được một khối lượng. Cho đến nay hạt Higgs boson đã được tìm thấy, hạt này có khối lượng là 125,3 GeV. Ngoài ra , các dữ liệu thực nghiệm đã chứng tỏ rằng neutrino có khối lượng mặc dù nó rất bé so với thang khối lượng trong mô hình chuẩn. Mà trong mô hình chuẩn neutrino không có khối lượng và điều này chứng tỏ việc mở rộng mô hình chuẩn là cần thiết. Mô hình chuẩn không thể giải thích tất cả các hiện tượng của tương tác giữa các hạt, đặc biệt là ở thang năng lượng lớn hơn 200 GeV và thang Planck. Tại thang Planck, tương tác hấp dẫn trở nên đáng kể và chúng ta hi vọng các tương tác chuẩn thống nhất với tương tác hấp dẫn thành một tương tác duy nhất. Nhưng mô hình chuẩn đã không đề cập đến lực hấp dẫn. Ngoài ta, mô hình chuẩn cũng còn một số điểm hạn chế sau: - Mô hình chuẩn không giải thích được các vấn đề liên quan tới số lượng và cấu trúc của hệ fermion. - Mô hình chuẩn không giải thích được sự khác nhau về khối lượng của quark t so với các quark khác. - Mô hình chuẩn không giải quyết đươc vấn đề trong CP: tại sao  QCD  10 10  1? 9
  12. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc - Mô hình chuẩn không giải thích được các vấn đề liên quan tới các quan sát trong vũ trụ học như: bất đối xứng baryon, không tiên đoán được sự giãn nở của vũ trụ cũng như vấn đề “vật chất tối” không baryon, “năng lượng tối”, gần bất biến tỉ lệ…. - Năm 2001 đã đo được độ lệch của moment từ dị thường của muon so với tính toán lý thuyết của mô hình chuẩn. Điều này có thể là hiệu ứng vật lý mới dựa trên các mô hình chuẩn mở rộng. Vì vậy, việc mở rộng mô hình chuẩn là việc làm mang tính thời sự cao. Trong các mô hình chuẩn mở rộng sẽ tồn tại các hạt mới so với các tương tác và hiện tượng vật lý mới cho phép ta thu được các số liệu làm cơ sở chỉ đường cho việc đề ra các thí nghiệm trong tương lai. Một vấn đề đặt ra là: Phải chăng mô hình chuẩn là một lý thuyết tốt ở vùng năng lượng thấp và nó được bắt nguồn từ một lý thuyết tổng quát hơn mô hình chuẩn, hay còn gọi là mô hình chuẩn mở rộng. Mô hình mới giải quyết được những hạn chế của mô hình chuẩn. Các mô hình chuẩn mở rộng được đánh giá bởi 3 tiêu chí: - Thứ nhất: Động cơ thúc đẩy việc mở rộng mô hình. Mô hình phải giải thích hoặc gợi lên những vấn đề mới mẻ về những lĩnh vực mà mô hình chuẩn chưa giải quyết được. - Thứ 2: Khả năng kiểm nghiệm của mô hình. Các hạt mới hoặc các quá trình vật lý mới cần phải được tiên đoán ở vùng năng lượng mà các máy gia tốc có thể đạt tới. - Thứ 3: Tính đẹp đẽ và tiết kiệm của mô hình. Từ mô hình chuẩn có 3 hằng số tương tác tức là chưa thực sự thống nhất mô tả các tương tác đã dẫn đến việc phát triển thành lý thuyết thống nhất lớn. Lý thuyết này đã đưa ra một hằng số tương tác g duy nhất ở năng lượng siêu cao, ở năng lượng thấp g tách thành 3 hằng số biến đổi khác nhau. Ngoài ra, Quark và lepton thuộc cùng một đa tuyến nên tồn tại một loại tương tác biến lepton thành quark và ngược lại, do đó vi phạm sự bảo toàn số bayryon (B) và số lepton (L). Tương tác vi 10
  13. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc phạm B có thể đóng vai trò quan trọng trong việc sinh B ở những thời điểm đầu tiên của vũ trụ. Từ sự không bảo toàn số L có thể suy ra được neutrino có khối lượng khác không (khối lượng Majorana), điều này phù hợp với thực nghiệm. Mặc dù khối lượng của neutrino rât nhỏ (cỡ vài eV) và đóng góp vào khối lượng vũ trụ cũng rất bé, điều này có thể liên quan đến vấn đề vật chất tối trong vũ trụ. GUTs dựa trên các nhóm Lie với biểu diễn được lấp đầy những hạt với spin cố định. Tuy nhiên, các lý thuyết này chưa thiết lập được quan hệ giữa các hạt với spin khác nhau, và nó cũng chưa bao gồm cả tương tác hấp dẫn. Hơn nữa, GUTs cũng chưa giải thích được một số hạn chế của mô hình chuẩn như: Tại sao khối lượng của quark t lại lớn hơn rất nhiều so với khối lượng của các quark khác và khác xa so với giá trị tiên đoán của lý thuyết…Vậy lý thuyết này chưa phải là thống nhất hoàn toàn. Vì vậy, sự mở rộng hiển nhiên của lý thuyết GUTs phải được thực hiện theo các hướng khác nhau, một trong các hướng đó là xây dựng một đối xứng liên quan giữa các hạt có spin khác nhau. Đối xứng mới này được gọi là siêu đối xứng (Supersymmetry-SUSY), được đề xuất vào những năm 70. Xa hơn nữa, SUSY định xứ đã dẫn đến lý thuyết siêu hấp dẫn. Siêu hấp dẫn mở ra triển vọng thống nhất được cả 4 loại tương tác. Một trong những mô hình siêu đối xứng được quan tâm nghiên cứu và có nhiều hứa hẹn nhất của mô hình chuẩn là mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu (the Minimal Supersymmetric Standard Model- SMSM) 1.2. Mô hình chuẩn mở rộng. Siêu đối xứng và U - hạt Các lý thuyết thống nhất vĩ đại (GUTs) đã cải thiện được một phần khó khăn xuất hiện trong mẫu chuẩn bằng cách: xem xét các nhóm gauge rộng hơn với một hằng số tương tác gauge đơn giản. Cấu trúc đa tuyến cho một hạt spin đã cho được sắp xếp trong GUTs nhưng trong lý thuyết này vẫn còn không có đối xứng liên quan đến các hạt với spin khác nhau. Siêu đối xứng là đối xứng duy nhất đã biết có thể liên hệ các hạt với spin khác nhau là boson và fermion. Nó chứng tỏ là quan trọng trong nhiều lĩnh vực phát triển của vật lý lý thuyết ở giai đoạn hiện nay. 11
  14. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc Về mặt lý thuyết, siêu đối xứng không bị ràng buộc bởi điều kiện phải là một đối xứng ở thang điện yếu. Nhưng ở thang năng lượng cao hơn cỡ một vài TeV, lý thuyết siêu đối xứng có thể giải quyết được một số vấn đề trong mô hình chuẩn, ví dụ như sau: - Thống nhất các hằng số tương tác: nếu chúng ta tin vào sự tồn tại của các lý thuyết thống nhất lớn, chúng ta cũng kì vọng vào sự thống nhất của 3 hằng số tương tác tại thang năng lượng cao cỡ O (1016) GeV. Trong SM, 3 hằng số tương tác không thể được thống nhất thành một hằng số tương tác chung ở vùng năng lượng cao. Trong khi đó MSSM, phương trình nhóm tái chuẩn hóa bao gồm đóng góp của các hạt siêu đối xứng dẫn đến sự thống nhất của 3 hằng số tương tác MGUT  2.1016 GeV nếu thang phá vỡ đối xứng cỡ TeV hoặc lớn hơn hay nhỏ hơn một bậc. - Giải quyết một số vấn đề nghiêm trọng trong SM là vấn đề về “tính tự nhiên” hay “thứ bậc”: Cơ chế Higgs dẫn đến sự tồn tại của hạt vô hướng Higgs có khối lượng tỉ lệ với thang điện yếu W  0(100GeV ) . Các bổ chính một vòng từ các hạt mà Higgs tương tác trực tiếp hay gián tiếp đã dẫn đến bổ chính cho khối lượng của Higgs rất lớn, tỉ lệ với bình phương xung lượng cắt dùng để tái chuẩn hóa các tích phân vòng. Khác với trường hợp của boson và fermion, khối lượng trần của hạt Higgs lại quá nhẹ mà không phải ở thang năng lượng cao như phần bổ chính của nó. Trong các lý thuyết siêu đối xứng, các phân kì như vậy tự động được loại bỏ do các đóng góp của các hạt siêu đối xứng tương ứng nếu khối lượng của các hạt này không quá lớn. Vì vậy, chúng ta tin tưởng rằng siêu đối xứng có thể được phát hiện ở thang năng lượng từ thang điện yếu đến vài TeV. - Thêm vào đó, siêu đối xứng khi được định xứ hóa bao gồm cả đại số của lý thuyết tương đối tổng quát và dẫn đến việc xây dựng lý thuyết siêu hấp dẫn. Do đó siêu đối xứng đem lại khả năng về việc xây dựng một lý thuyết thống nhất 4 tương tác điện từ, yếu, tương tác mạnh và tương tác hấp dẫn thành một tương tác cơ bản duy nhất. Ngoài ra còn có nhiều nguyên nhân về mặt hiện tượng luận làm cho siêu đối xứng trở nên hấp dẫn. Thứ nhất là, nó hứa hẹn giải quyết vấn đề hierarchy còn tồn 12
  15. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc tại trong mẫu chuẩn: hằng số tương tác điện từ là quá nhỏ so với hằng số Planck. Thứ hai là, trong lý thuyết siêu đối xứng hạt Higgs có thể xuất hiện một cách tự nhiên như là một hạt vô hướng cơ bản và nhẹ. Phân kỳ bậc hai liên quan đến khối lượng của nó tự động bị loại bỏ bởi phân kỳ như vậy nảy sinh từ các fermion. Hơn nữa, trong sự mở rộng siêu đối xứng của mẫu chuẩn, hằng số tương tác Yukawa góp phần tạo nên cơ chế phá vỡ đối xứng điện từ-yếu. Trong các mẫu chuẩn siêu đối xứng fermion luôn cặp với boson cho nên số hạt đã tăng lên. Các tiến bộ về mặt thực nghiệm đối với việc đo chính xác các hằng số tương tác cho phép ta từng bước kiểm tra lại các mô hình thống nhất đã có. Hơn mười năm sau giả thuyết về các lý thuyết thống nhất siêu đối xứng, các số liệu từ LEP đã khẳng định rằng các mô hình siêu đối xứng cho kết quả rất tốt tại điểm đơn (single point). Tuy nhiên, cho đến nay người ta chưa phát hiện được hạt nào trong số các bạn đồng hành siêu đối xứng của các hạt đã biết. Và một trong những nhiệm vụ của LHC là tìm kiếm các hạt này, trong số đó có gluino, squark, axino, gravitino,… Trong những năm gần đây, các nhà vật lý rất quan tâm đến việc phát hiện ra các hạt mới trên máy gia tốc, đặc biệt là LHC. Tuy nhiên, các đặc tính liên quan đến các hạt này cần phải được chính xác hóa và được hiểu sâu sắc hơn đặc biệt là thông qua quá trình tán xạ, phân rã có tính đến hiệu ứng tương tác với chân không cũng như pha vi phạm CP. Cũng trên quan điểm này người ta đề cập đến nhiều chất liệu không hạt (unpaticle staff) và kéo theo đó là vật lý không hạt (unparticle physics). Thực ra, chất liệu không hạt theo định nghĩa bình thường xuất hiện do sector bất biến tỉ lệ không tầm thường của lý thuyết hiệu dụng ở năng lượng thấp không thể được mô tả trong thuật ngữ của các hạt. Thú vị ở chỗ unparticle cũng là ứng cử viên của vật chất tối và lạnh và có thể tương tác với một số hạt trong SM. Từ việc nghiên cứu các hạt cấu tạo nên vũ trụ, người ta cũng nghiên cứu các tính chất của vũ trụ như tính thống kê, tính chất của các hằng số vật lý cơ bản thay 13
  16. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc đổi theo thời gian và không gian. Điều này giúp cho ta thêm một hướng mới để hiểu rõ hơn về lý thuyết thống nhất giữa SM của các hạt cơ bản và hấp dẫn. Một trong những vấn đề thời sự nhất của vật lý hạt cơ bản hiện nay là nghiên cứu các quá trình vật lý trong đó có sự tham gia của các hạt được đoán nhận trong các mẫu chuẩn siêu đối xứng để hy vọng tìm được chúng từ thực nghiệm 1.3. Giới thiệu về U - hạt Vật lý U - hạt có nhiều hứa hẹn trong việc tìm kiếm các hiện tượng vật lý mới dựa trên mô hình chuẩn mở rộng tại mức năng lượng cao, lớn hơn Tev. Sự phá vỡ bất biến tỉ lệ tại năng lượng thấp được phục hồi ở năng lượng cao bởi điểm cố định hồng ngoại xa không tầm thường gọi là trường Banks-Zaks (trường BZ). Ở dưới tỉ lệ năng lượng rất cao u tương tác tái chuẩn hóa của trường BZ sinh ra U - hạt bất biến tỉ lệ. Những U - hạt này không có khối lượng và thứ nguyên tỉ lệ không tầm thường du . Thứ nguyên tỉ lệ du của U - hạt là phân số nhiều hơn là một số nguyên. Tất cả các hạt tồn tại trong các trạng thái đặc trưng bởi mức năng lượng, xung lượng và khối lượng xác định. Trong phần lớn mô hình chuẩn SM của vật lý hạt, các hạt cùng loại không thể tồn tại trong một trạng thái khác mà ở đó tất cả các tính chất (đại lượng) chỉ hơn kém nhau một hằng số so với các tính chất ở trạng thái ban đầu. Lấy ví dụ về điện tử: điện tử luôn có cùng khối lượng bất kể năng lượng hay xung lượng. Tuy nhiên, điều này không phải cũng đúng: các hạt không khối lượng, ví dụ photon, có thể tồn tại ở các trạng thái mà các tính chất hơn kém nhau một hằng số. Sự “miễn nhiễm” đối với phép tỉ lệ được gọi là “bất biến tỉ lệ”. Trong vật lý lý thuyết, vật lý về “U - hạt” là lý thuyết giả định vật chất không thể được giải thích bởi lý thuyết hạt trong mô hình chuẩn SM (Standard Model ) bởi các thành phần của nó là bất biến tỉ lệ. Mùa xuân 2007, Howard Georgi đưa ra lý thuyết U - hạt trong các bài báo “Unparticle Physics” và “Another Odd Thing About Unparticle Physics ”. Các bài báo của ông đã được phát triển thêm qua các nghiên cứu về tính chất và hiện tượng 14
  17. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc luận của vật lý U – hạt và ảnh hưởng của nó tới vật lý hạt, vật lý thiên văn, vũ trụ học, vi phạm CP, vi phạm lepton, phân rã muon, dao động neutrino và siêu đối xứng. Trong lý thuyết bất biến tỉ lệ, tức là các vật, hiện tượng không thay đổi khi các đại lượng thứ nguyên được thay đổi bởi một hệ số nhân, khái niệm về “hạt” không có tác dụng bởi hầu hết các hạt có khối lượng khác không. Trong cơ học lượng tử, đây không phải là vấn đề bởi mô hình chuẩn không có tính bất biến tỉ lệ. Tuy nhiên, Georgi lại cho rằng vẫn có một phần của Mô hình chuẩn có tính bất biến tỉ lệ. “Tôi có nhiều điều thú vị về vấn đề này” - Georgi nói với PhysOrg.com – “đây là một hiện tượng đã được hiểu một cách toán học từ lâu, theo hướng là chúng ta biết các lý thuyết có tính bất biến tỉ lệ. Rất khó mô tả nó bởi nó rất khác so với những gì ta biết. Đối với chúng ta, sẽ rất khác biệt nếu ta đo khối lượng bằng gram hoặc kilogram. Nhưng trong thế giới vi bất biến tỉ lệ, điều này không tạo ra sự khác biệt nào”. Georgi giải thích rằng photon, các hạt ánh sáng, có tính bất biến tỉ lệ bởi chúng không có khối lượng. Nhân tất cả năng lượng của photon với 1000 vẫn không thay đổi gì photon, chúng vẫn như vậy. “Các nhà lý thuyết thông minh, như Ken Wilson, đã từ lâu chỉ ra rằng có những khả năng điên rồ không tính tới các hạt không khối lượng nhưng vẫn có tính chất là là năng lượng có thể được nhân với một số bất kì mà vẫn cho cùng bức tranh vật lý. Điều này là không thể được nếu có các hạt với khối lượng khác không, Vì thế mà tôi gọi là “loại không hạt – unparticle physics” “Nếu tất cả các thứ bất biến tỉ lệ tương tác với tất cả các thứ không tuân theo kiểu càng ngày càng yếu khi năng lượng thấp thì có khả năng là ở năng lượng mà chúng ta đạt được ngày nay, chúng ta không thể nào nhìn thấy U – hạt. Rất có thể có một thế giới bất biến tỉ lệ riêng biệt với thế giới chúng ta ở năng lượng thấp bởi tương tác của chúng với chúng ta quá yếu”. U – hạt chưa được quan sát thấy, điều đó cho thấy nếu tồn tại, nó phải tương tác (liên kết) yếu với vật chất thông thường tại các mức năng lượng khả kiến. Năm 2009, máy gia tốc LHC (Large Hadron Collier) đã hoạt động và cho ra dòng hạt với 15
  18. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc năng lượng lớn nhất có thể đạt 7 TeV, các nhà vật lý lý thuyết đã bắt đầu tính toán tính chất của U – hạt và xác định nó sẽ xuất hiện trong LHC như thế nào? Một trong những kỳ vọng về LHC là nó có thể cho ra các phát hiện mới giúp chúng ta hoàn thiện bức tranh về các hạt tạo nên thế giới vật chất và các lực gắn kết chúng với nhau. * Các tính chất của U - hạt U - hạt sẽ phải có các tính chất chung giống với neutrino - hạt không có khối lượng và do đó, gần như là bất biến tỷ lệ. Neutrino rất ít tương tác với vật chất nên hầu hết các trường hợp các nhà vật lý chỉ nhận thấy sự có mặt của nó bằng cách tính toán phần hao hụt năng lượng xung lượng sau tương tác. Bằng cách quan sát nhiều lần một tương tác, người ta xây dựng được “phân bố xác xuất” và xác định được bao nhiêu neutrino và loại neutrino nào xuất hiện. Chúng tương tác rất yếu với vật chất thông thường ở năng lượng thấp và hệ số tương tác càng lớn khi năng lượng càng lớn. Kỹ thuật tương tự cũng có thể dùng để phát hiện U - hạt. Theo tính chất bất biến tỉ lệ, một phần bổ chứa U - hạt có khả năng quan sát được bởi nó tương tự với phân bố cho một phần hạt không có khối lượng. Phần bất biến này tỷ lệ sẽ rất nhỏ so với phần còn lại trong mô hình chuẩn , tuy nhiên sẽ là bằng chứng cho sự tồn tại của U - hạt. Lý thuyết U - hạt là lý thuyết với năng lượng cao chứa cả các trường của mô hình chuẩn và các trường Banks-Zaks , các trường này có tính chất bất biến tỷ lệ ở vùng hồng ngoại. Hai trường có thể tương tác thông qua các va chạm của các hạt thông thường nếu năng lượng hạt đủ lớn. Những va chạm này sẽ có phần năng lượng, xung lượng hao hụt nhưng không đo được bởi các thiết bị thực nghiệm. Các phân bố riêng biệt của năng lượng hao hụt sẽ chứng tỏ sự sinh U - hạt. Nếu các dấu hiệu đó không thể quan sát được thì các giả thiết, mô hình cần phải xem xét và chỉnh lại. 1.4. Hàm truyền của U - hạt Hàm truyền của các U - hạt vô hướng vecto và tenxo có dạng: 16
  19. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc iAdU Vô hướng : s  (q 2 ) dU  2 2sin(dU  ) iAdU Vecto : v  (q 2 )dU  2   (2.1) 2sin(dU  ) iAdU Tenxo : T  (q 2 )dU  2 T ,  2sin(dU  ) Trong đó:   q  q  (q)   g  2 q 1   2   T  ,  ( q)       ( q) ( q)   ( q) ( q)   ( q) ( q)  2 3  (2.2) Và: 1 (dU  ) 16 2  2 AdU  (2.3) (2 )2 dU (dU  1)(2dU ) Trong các hàm truyền (2.1), q 2 có cấu trúc sau đây:  q  2 dU  2 dU  2  q2 eidU  trong kênh s và cho q 2 dương.  q  2 dU  2 dU  2  q2 trong kênh t,n và cho q 2 âm. 1.5. Lagrangian tƣơng tác của các loại U- hạt với các hạt trong mô hình chuẩn. 1.5.1. Liên kết U - hạt vô hướng - Liên kết với bosons gauge : gg Ud G G OU ,  Ud W  W OU , bb Ud B B OU , U U U ~ ~ ~ ~ ~ ~  gg U d G  G OU ,   U d W U U  W OU ,  bb U dU B  B OU , - Liên kết với Higgs và bosons gauge 17
  20. Luận văn thạc sĩ – 2014 Nguyễn Thị Ngọc ~ hh U2  d H  HOU ,  hh U2  d ( H  D H )  OU , U U 4h U2d ( H  H )2 OU , dh U2d ( D H ) ( D H )OU , U U - Liên kết với fermions và bosons gauge QQ Ud QL  D QLOU , UU Ud U R  DU ROU , DD Ud DR  D DROU , U U U LL Ud LL  D LLOU , EE Ud E R  D EROU ,  Ud  R  D ROU , U U U ~ ~ ~  QQ U d Q L  D  QL   OU ,  UU U d U R  D U R   OU ,  DD U d D R  D  DR   OU , U U U ~ ~ ~  LL U d L L   D  LL   OU ,  EE U d E R   D  ER   OU ,  U d  R  D  R   OU , U U U C  YR 1U d  R R OU , U - Liên kết với fermions và Higss boson ~ YU U d Q L HU R OU , YD U d Q L H DR OU , U U ~ Y U d L L H R OU , YE U d L L H ER OU , U U 1.5.2. Liên kết OU vecto: - Liên kết với với fermion QQ ' 1Ud QL  QLOU , UU U ' 1Ud U R U ROU , DD ' 1Ud DR  DROU , U U LL ' 1Ud LL  LLOU , EE U ' 1Ud E R  EROU , RR ' U 1Ud  R  R OU , U - Liên kết với boson Higss và bosons gauge hh' 1Ud ( H  D H )OU , bO U ' 1Ud B   O . U 1.5.3 Liên kết với spinor OUs : sv U5/ 2 d v R OUs , s U3/ 2 d L L HOUs , U U Trong đó: G, W, B lần lượt là những trường Gauge SU(3)C , SU(2)L và U(1)Y . 18
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng
172 tài liệu
837 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2