ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
TRƢƠNG MINH ANH
SỰ SINH SQUARK TỪ MUON KHI TÍNH ĐẾN U-HẠT
Chuyên ngành:Vật lý lý thuyết và vật lý toán
Mã số: 60440103
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hƣớng dẫn khoa học : GS.TS Hà Huy Bằng
Hà Nội - 2014
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 3
Chƣơng 1. Mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu và các hạt squark ......................... 4
1.1. Mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu (MSSM) ............................................ 4
1.2. Cơ chế phá vỡ siêu đối xứng mềm .................................................................. 7
1.3. Sfermion ........................................................................................................... 8
1.4. Các tham số của MSSM ............................................................................... 10
Chƣơng 2. Mô hình chuẩn mở rộng khi tính đến u-hạt ............................................. 12
2.1. Giới thiệu về u-hạt ......................................................................................... 12
2.2. Hàm truyền của u-hạt ..................................................................................... 13
2.3. Lagrangian và đỉnh tƣơng tác của các loại u-hạt với các hạt trong mô hình
chuẩn .............................................................................................................. 14
Chƣơng 3. Sự sinh các hạt squark từ Muon trong MSSM có tính đến U-hạt ........... 16
3.1. Sự sinh các hạt vô hƣớng từ sự huỷ
e+e-
trong mô hình chuẩn .................... 16
3.2. Sự sinh squark từ Muon trong MSSM khi tính đến U-hạt ............................ 20
KẾT LUẬN ............................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 29
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 31
Phụ lục A ............................................................................................................... 31
Phụ lục B ............................................................................................................... 32
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Tên bảng
Nội dung
Trang
Bảng 1
Bảng cấu trúc hạt của MSSM cho các quark, lepton và bạn
đồng hành siêu đối xứng với thế hệ thứ nhất ( các thế hệ 2
và 3 tương tự).
5
Bảng 2
Tiết diện tán xạ khi tính đến u- hạt với c1 = c2 = c3 = 1, ΛU =
1TeV tính trên 1 đơn vị |Fq(q2)|2
27
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Tên hình
Nội dung
Trang
Hình 2.1.
Đỉnh tương tác giữa các u-hạt vô hướng với các fermion và
boson
15
Hình 2.2.
Đỉnh tương tác giữa các u-hạt vecto và các hạt fermion
15
Hình 3.1.
Huỷ
e+e-
qua 1 boson chuẩn
16
Hình 3.2.
Huỷ
e+e-
thành hai hạt vô hướng
a) qua 1 boson chuẩn
b) qua trao đổi fermion
19
Hình 3.3.
Giản đồ quá trình tán xạ muon ở mức cây
20
Hình 3.4.
Đồ thị sự phụ thuộc của
d
s
s
d(cos
q
)
vào
26
1
MỞ ĐẦU
Cho đến nay tồn tại 4 loại tƣơng tác giữa các hạt cơ bản: tƣơng tác mạnh,
tƣơng tác yếu, tƣơng tác điện từ, tƣơng tác hấp dẫn. Xây dựng lý thuyết các tƣơng
tác là nội dung chính của vật lý hạt cơ bản. Ý tƣởng của Einstein về vấn đề thống
nhất tất cả các tƣơng tác vật lý có trong tự nhiên cũng là ƣớc mơ chung của tất cả
các nhà vật lý hiện nay. Lý thuyết Maxwell mô tả hiện tƣợng điện và từ một cách
thống nhất trong khuôn khổ của tƣơng tác điện từ… Một bƣớc ngoặt đáng kể khi
Weinberg , Salam, Glashow đã thống nhất đƣợc tƣơng tác điện từ và tƣơng tác yếu
dựa trên cơ sở nhóm gauge
)1()2( YL USU
. Việc phát hiện các boson gauge vec tơ
truyền tƣơng tác yếu
0
,ZW
phù hợp với tiên đoán của lý thuyết đã khẳng định cho
tính đúng đắn của mô hình thống nhất điện từ yếu. Mặt khác, trƣớc đó tƣơng tác
mạnh cũng đƣợc mô tả thành công trong khuôn khổ của sắc động học lƣợng tử
(QCD) dựa trên nhóm gauge SUC(3). Từ đó, nhằm thống nhất tƣơng tác mạnh và
tƣơng tác điện từ yếu, nhóm gauge cần đƣợc mở rộng
thành
)1()2()3( YLC USUSU
và mô hình thống nhất dựa trên nhóm này đƣợc gọi
là mô hình chuẩn (Standard Model). Mô hình chuẩn (SM) đã chứng tỏ nó là một lý
thuyết tốt khi mà hầu hết các dự đoán của nó đã đƣợc thực nghiệm khẳng định ở
vùng năng lƣợng
GeV200
.
Mô hình chuẩn kết hợp điện động lực học lƣợng tử (QED) và lý thuyết
trƣờng lƣợng tử cho tƣơng tác mạnh (QCD) để tạo thành lý thuyết mô tả các hạt cơ
bản; và 3 trong 4 loại tƣơng tác: tƣơng tác mạnh, yếu và điện từ là nhờ trao đổi các
hạt gluon, năng lƣợng và Z boson, photon. Cho đến nay, SM mô tả đƣợc 17 loại hạt
cơ bản, 12 fermion (và nếu tính phản hạt là 24), 4 boson vecto và 1 boson vô
hƣớng. Các hạt cơ bản này có thể kết hợp để tạo ra hạt phức hợp. Tính từ những
năm 60 cho đến nay đã có hàng trăm loại hạt phức hợp đƣợc tìm ra.
Tuy nhiên, bên cạnh những thành công nổi bật trên, mẫu chuẩn còn có một
số hạn chế nhƣ chƣa giải thích đƣợc các quá trình vật lý xảy ra ở vùng năng lƣợng
cao hơn
GeV200
và một số vấn đề cơ bản của bản thân mô hình nhƣ: lý thuyết chứa
2
quá nhiều tham số và chƣa giải thích đƣợc tại sao điện tích các hạt lại lƣợng tử hóa.
Mô hình chuẩn không giải thích đƣợc những vấn đề liên quan đến số lƣợng và cấu
trúc các thế hệ fermion. Những năm gần đây, các kết quả đo khối lƣợng 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 lƣợng thấp và vùng năng lƣợng rất cao. Đây chính là các lý do
mà các nhà vật lí hạt tin rằng SM chƣa phải là lý thuyết hoàn chỉnh để mô tả thế
giới tự nhiên.
Để khắc phục các khó khăn, hạn chế của SM, các nhà vật lí lý thuyết đã xây
dựng khá nhiều lý thuyết mở rộng hơn nhƣ: lý thuyết thống nhất (Grand unified
theory - GU), siêu đối xứng (supersymmetry), lý thuyết dây (string theory), sắc kỹ
(techcolor), 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 lƣợng nhƣng lại để lại dấu vết; đó chính là những sai khác
giữa lý thuyết và thực nghiệm. Nói cách khác hạt phải đƣợc hiểu theo nghĩa phi
truyền thống, hay còn gọi là unparticle physics (U – hạt), vật lí đƣợc xây dựng trên
cơ sở hạt phi truyền thống gọi là unparticle physics. Các nhà vật lí U – hạt đang
mong đợi máy gia tốc LHC sẽ tìm ra bằng chứng cho sự tồn tại của nó, họ đang nỗ
lực tính toán lại các quá trình tƣơng tác thông dụng có tính đến sự tham gia của U –
hạt nhƣ: Các quá trình rã, tán xạ Bha- Bha, tán xạ Moller, … làm cơ sở cho thực
nghiệm.
Ý tƣởng về va chạm muon đã đƣợc hình thành và phát triển từ thập niên 70.
Tuy nhiên vì thời gian sống của muon rất ngắn (chỉ cỡ 2.2 ms) nên đến năm 1995,
quá trình này mới thực sự khả thi bởi có công nghệ hiện đại hơn. Những nghiên cứu
cụ thể đƣợc thực hiện ở mức năng lƣỡng 0.3-0.5 TeV và các ƣu điểm của va chạm
muon đƣợc liệt kê dƣới đây:
- Năng lƣợng hiệu dụng của va cham lepton lớn hơn nhiều so với va chạm
hardon ở cùng mức năng lƣợng khối tâm.
- Trái với electron, muon tạo ra bức xạ synchotron 3 là không đáng kể.