BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
BÙI THỊ HÀ GIANG
HIỆU ỨNG HẠT VÔ HƯỚNG
TRONG MÔ HÌNH RANDALL - SUNDRUM
Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết và vật lí toán
Mã số: 9440103
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ
Hà Nội – Năm 2020
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Đặng Văn Soa
PGS.TS. Đào Thị Lệ Thủy
Phản biện 1: GS. TS Hà Huy Bằng
Trường ĐHKHTN – ĐHQG Hà Nội
Phản biện 2: PGS. TS Phùng Văn Đồng
Trường ĐH Phenikaa
Phản biện 3: PGS. TS Lưu Thị Kim Thanh
Trường ĐHSP Hà Nội 2
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp
Trường
họp tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
vào hồi … giờ … ngày … tháng… năm…
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
- Thư viện Quốc Gia, Hà Nội
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Mô hình chuẩn (SM) của vật lí hạt đã thành công trong việc mô tả
các hạt cơ bản và đã đạt được những thành tựu đáng kể phù hợp với các
kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, khi nghiên cứu kĩ SM thì các nhà khoa
học nhận thấy rằng SM còn một số hạn chế và đòi hỏi sự ra đời của các
mô hình chuẩn mở rộng.
Các mô hình mở rộng SM dựa trên nhóm gauge phần lớn đã giải
quyết được tồn tại của SM. Tuy nhiên, đặc điểm chung của chúng là vấn
đề phân bậc khối lượng Higgs vẫn không giải quyết được. Năm 1999,
Lisa Randall và Raman Sundrum đã đưa ra mô hình Randall–Sundrum
(RS), giải thích được vấn đề phân bậc của SM một cách đơn giản, tự
nhiên [Phys. Rev. Lett. 83, 3370]. Thêm vào đó, mô hình RS còn đưa ra
những hiệu ứng vật lí thú vị trong đó có những ứng cử viên cho vật chất
tối [Int. J. Mod. Phys. A 33, No.24, 1850144; JHEP 10, 094]. Trong luận
án này chúng tôi sẽ nghiên cứu trên cơ sở mô hình RS.
Năm 2012, việc tìm thấy tín hiệu hạt Higgs có khối lượng khoảng
125 GeV ở LHC (Large Hadron Collider) có thể được coi như mảnh
ghép cuối cùng của SM. Tuy nhiên, một số nghiên cứu cũng chỉ ra rằng
boson khối lượng 125 GeV được tìm thấy có thể không phải Higgs của
SM mà là dilaton hoặc radion [Phys. Lett. B 712, 70; Phys. Rev. D 85,
095020; Phys. Rev. D 86, 115004; JHEP 1304, 015]. Trạng thái Higgs
chính trong mô hình RS được chỉ ra có khối lượng gần 125 GeV. Vì vậy,
trong luận án này, chúng tôi tập trung nghiên cứu đặc tính của Higgs có
khối lượng 125 GeV. Bên cạnh việc nghiên cứu về radion (hạt mới trong
mô hình RS), Higgs, chúng tôi còn nghiên cứu đến ảnh hưởng của U-hạt
vô hướng (scalar unparticle) trong một số quá trình tán xạ trong mô hình
RS.
2
Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề tài “Hiệu ứng hạt vô hướng trong
mô hình Randall-Sundrum”.
2. Mục đích nghiên cứu
Đánh giá các thông số khả dĩ trong việc thu nhận tín hiệu của Higgs
và radion từ một số quá trình sinh và rã trên máy gia tốc ILC
(International Linear Collider) và CLIC (Compact Linear Collider)
tương lai;
Chỉ ra sự đóng góp của U-hạt vô hướng trong một số quá trình tán xạ
tại vùng năng lượng cao.
3. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp trường lượng tử như phương pháp giản đồ
Feynman để tính giải tích tiết diện tán xạ của các quá trình. Sử dụng
phần mềm Mathematica để vẽ đồ thị tiết diện tán xạ, tính kết quả số bề
rộng phân rã của Higgs và radion phụ thuộc vào một số thông số của mô
hình RS.
4. Những đóng góp mới của luận án
Sử dụng phương pháp giản đồ Feynman, chúng tôi xây dựng được
các biểu thức bình phương biên độ tán xạ của một số quá trình tán xạ
,,e e e

+ − −
khi không có đóng góp của U-hạt vô hướng và của các quá
trình tán xạ
,,e e gg

+−
khi có đóng góp của U-hạt vô hướng; biểu thức
bề rộng phân rã của Higgs khối lượng 125 GeV và radion nhẹ trong mô
hình RS.
Áp dụng các kết quả giải tích để vẽ đồ thị đánh giá sự phụ thuộc của
tiết diện tán xạ vi phân vào góc tán xạ, tiết diện tán xạ toàn phần vào một
số thông số: Hệ số phân cực của chùm electron và positron, năng lượng
s
, khối lượng radion
m
, giá trị trung bình chân không của radion
,
thang năng lượng
,
U
thứ nguyên tỉ lệ
U
d
. Một số kết quả tính đối
với tiết diện tán xạ và bề rộng phân rã có tính dự báo, định hướng cho
thực nghiệm.
3
5. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, luận án
được chia làm 3 chương. Nội dung của luận án được trình bày trong 124
trang với 14 bảng số, 38 hình vẽ, đồ thị và 100 tài liệu tham khảo.
CHƯƠNG I.
MÔ HÌNH RANDALL–SUNDRUM VÀ VẬT LÍ U-HẠT
1. Mô hình Randall–Sundrum
Năm 1999, Lisa Randall và Raman Sundrum đã mở rộng không thời
gian bốn chiều Minkowski của mô hình chuẩn thành không thời gian
năm chiều. Chiều thứ năm được compact trên một vòng tròn
1
S
. Mô
hình RS được chia thành hai 3-brane. Trong 3-brane tử ngoại, tương tác
chủ yếu là tương tác hấp dẫn. Trong khi đó, các tương tác ở 3-brane
hồng ngoại là các tương tác mạnh, yếu và tương tác điện từ. Trong mô
hình RS xuất hiện hạt mới so với SM, đó là radion. Radion xuất hiện là
do sự chia ra thành hai 3-brane cho phép tồn tại một vô hướng thêm vào,
để phù hợp với các biến đổi lượng tử của khoảng cách giữa hai 3-brane.
Nguyên lí hiệp biến tổng quát toán tử dẫn đến sự trộn giữa radion và
Higgs. Những tín hiệu về sự trộn Higgs-radion được xác định bởi bốn
thông số độc lập: Khối lượng vật lí của hai hạt vô hướng đã trộn
h
m
và
, giá trị trung bình chân không của radion
, thông số trộn ξ.
Những hiệu ứng vật lí của mô hình RS được nhiều nhóm tác giả
quan tâm, nghiên cứu dựa trên các kết quả thực nghiệm của LEP (Large
Electron–Positron Collider), LHC và đưa ra những dự đoán trên ILC.
Trước tiên phải kể đến tín hiệu của radion nhẹ với khối lượng dưới 100
GeV mà bất cứ thực nghiệm nào cũng dễ dàng tìm kiếm được [Mod.
Phys. Lett. A 28, 1350148]. Sự sinh và rã radion trong mô hình RS ở tán
xạ thứ cấp photon-photon trong máy gia tốc ILC được nghiên cứu và chỉ
ra rằng: Kênh rã
→gg
là kênh rã chiếm ưu thế đối với radion nhẹ, có
khối lượng nhỏ hơn 150 GeV và
< 3 TeV [Mod. Phys. Lett. A 29,