1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Nguyễn Thị Hiền
U – HẠT TRONG CÁC QUÁ TRÌNH e+e-
Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán
Mã số: 60.44.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS Hà Huy Bằng
Hà Nội - 2011
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 3
CHƢƠNG 1: MÔ HÌNH CHUẨN VÀ SỰ MỞ RỘNG ......................................... 4
1.1. Mô hình chuẩn .................................................................................................... 6
1.2. Mô hình chuẩn mở rộng. Siêu đối xứng và U – hạt ...................................... 10
CHƢƠNG 2: UNPARTICLE PHYSICS .............................................................. 12
2.1. Giới thiệu về U – hạt ........................................................................................ 12
2.2. Hàm truyền của U-hạt ..................................................................................... 13
2.3. Lagrangian tƣơng tác của các loại U-hạt với các hạt trong mô hình chuẩn.
................................................................................................................................... 14
2.4. Các đỉnh tƣơng tác của U-hạt ......................................................................... 18
CHƢƠNG 3: U – HẠT TRONG CÁC QUÁ TRÌNH
ee
............................... 21
3.1. U – hạt trong quá trình va chạm
ee



............................................... 21
3.1.1. Sự sinh
trong va chạm
ee
khi tính trong mô hình chuẩn. .............. 19
3.1.2. Sự sinh
trong va chạm
ee
khi tính đến U – hạt ............................... 25
3.2. U – hạt trong quá trình va chạm
ee

.............................................. 34
3.2.1 . Sự sinh


trong va chạm
ee
khi tính trong mô hình chuẩn ............. 34
3.2.2 . Sự sinh


trong va chạm
ee
khi tính đến U – hạt. ............................ 38
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 42
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 43
1
MỞ ĐẦU
Năm 1979, Sheldon Glashow, Abdus Salam, và Steven Wienberg đã được
giải Nobel nhờ lý thuyết thống nhất tương tác điện từ và tương tác yếu. Mô hình lý
thuyết điện yếu đã có rất nhiều dự đoán chính xác, một trong những số đó phải kể
đến đó là dự đoán khối lượng của các hạt W và Z với khối lượng 82
2
c
GeV
và 93
2
c
GeV
, điều này đã được kiểm chứng qua thực nghiệm.
Sự kết hợp của lý thuyết điện yếu và sắc động lực học lượng tử (QCD) của
tương tác hạt nhân mạnh được giới Vật lý hạt gọi chung là Mô hình chuẩn. Mô hình
chuẩn của vật lý hạt là thuyết miêu tả về tương tác mạnh, tương tác yếu, tương tác
điện từ cũng như những hạt cơ bản tạo nên vật chất. Mô hình chuẩn là một phần của
lý thuyết trường lượng tử, một lý thuyết đã kết hợp cơ học lượng tử với thuyết
tương đối hẹp.
Trong mô hình chuẩn của vật lí hạt, các hạt tau ( ví dụ như lepton tau và
notrino tau) là một trong những phần cơ bản xây dựng nên vật chất. Tau lepton
giống như muon và electron mang điện tích âm và có một hạt phản vật chất mang
điện tích dương.
Bởi vì hạt tau mang điện tích nên nó tương tác thông qua lực điện và tất
nhiên nó ít bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn rất yếu. Năng lượng tạo thành cặp
khoảng 3.6 GeV. Do khối lượng lớn nên tau không bền, thời gian tồn tại chỉ
13
10.3
giây. Hạt tau khi phân rã tạo thành 1 tau neutrino, 1 electron và phản
electron-neutrino, trong khi đó thì phản tau khi phân rã tạo thành phản tau-neutrino,
phản mu và mu-neutrino.
Mô hình chuẩn mặc dù đã giải thích được nhiều kết quả thực nghiệm song ở
mức năng lượng thấp mô hình chuẩn lại chưa giải thích được sự sai khác giữa kết
quả theo lý thuyết trong mô hình chuẩn và kết quả mà thực nghiệm đo được.
2
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 thông, hay còn gọi là unparticle, vật lí mà được xây dựng trên cơ sở hạt
phi truyền thống gọi là unparticle physics.
Ý tưởng về các u-hạt xuất phát từ giả thiết rằng vẫn có loại vật chất tồn tại
không nhất thiết khối lượng bằng không mà vẫn bất biến tỉ lệ, các hiện tượng vật lí
vẫn xảy ra như nhau bất kể sự thay đổi về chiều dài hoặc năng lượng. Những “thứ”
này được gọi là U-hạt.
Người tiên phong đề xuất về U- hạt là Howard Georgi - nhà vật lí giảng dạy
tại đại học Havard, ông đã xuất bản công trình cho rằng sự tồn tại của U-hạt không
thể suy ra được từ mô hình chuẩn. Georgi giải thích rằng vật lí năng lượng thấp của
bất biến tỉ lệ không thể được mô tả bằng vật lí hạt. Xuất phát từ ý tưởng đó ông đã
tính toán cho sự sinh U-hạt và tiên đoán nó được xuất hiện như thế nào nhờ máy gia
tốc lớn nhất thế giới hiện nay LHC.
Các nhà vật lí lí thuyết như Ken Wilson đã từ lâu chỉ ra rằng có những khả
năng cá biệt không tính tới các hạt không khối lượng nhưng vẫn có tính chất là năng
lượng có thể được nhân với một số bất kỳ mà vẫn cho cùng bức tranh vật lí. Điều
này là không thể được nếu có các hạt với khối lượng khác không, vì thế mà ông gọi
là “unpartical”.
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. Các nhà vật lí thấy rằng u-hạt là tương đối đúng
và được mong đợi là để tăng
đến gần với
đo được trong thực nghiệm.
U – hạt có thể điều tra được thông qua các quá trình tán xạ
ee

.Trong các
quá trình tán xạ và phân rã được xem xét để tìm kiếm các hạt mới, va chạm
ee
3
đóng một vai trò quan trọng. Nó được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong vật lý
bởi các ưu điểm sau:
Sạch về phương diện môi trường nền.
Năng lượng khối tâm rất linh động, cho nên có thể thay đổi dễ dàng.
Khả năng phân cực cao của các chùm
ee ,
.
Bài luận văn này trình bày về sự sinh


và
trong va chạm
ee
trong mô hình chuẩn và khi tính đến U - hạt nhằm chứng tỏ sự tồn tại của U – hạt
khi xem xét đến đóng góp của U – hạt vào tiết diện tán xạ toàn phần của quá trình
sinh này. Từ đó chứng tỏ giả thuyết U - hạt khả thi và phù hợp giải thích các kết quả
thực nghiệm ở vùng năng lượng thấp trong một số thí nghiệm va chạm hạt với mức
năng lượng cao như LHC, xưởng charm - tau với độ trưng cao của trung tâm máy
gia tốc Thổ Nhĩ Kỳ (TAC)...
Bài luận văn này bao gồm các phần như sau:
Mở đầu
Chương 1: Mô hình chuẩn và sự mở rộng
Chương 2: Unparticle physic (U – hạt)
Chương 3: U – hạt trong các quá trình
ee
Kết luận
Tài liệu tham khảo, phụ lục