BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
---------------
LÊ ĐỨC THIỆN
HIỆU ỨNG VẬT LÝ MỚI TRONG CÁC MÔ HÌNH
3-3-1 TIẾT KIỆM CẢI TIẾN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ
HÀ NỘI - 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
---------------
LÊ ĐỨC THIỆN
HIỆU ỨNG VẬT LÝ MỚI TRONG CÁC MÔ HÌNH
3-3-1 TIẾT KIỆM CẢI TIẾN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ
Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán
Mã số: 62 44 01 03
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phùng Văn Đồng
GS.TS. Đặng Văn Soa
HÀ NỘI - 2020
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Các vấn đề thực nghiệm chính của vật lý hạt cơ bản và vũ trụ học, mà lý thuyết cơ sở
là mô hình chuẩn và thuyết tương đối rộng, không thể giải thích, gồm dao động neutrino,
bất đối xứng vật chất-phản vật chất, vật chất tối, năng lượng tối, và lạm phát vũ trụ.
Giữa các hướng mở rộng của mô hình chuẩn, mô hình 3-3-1 hứa hẹn là một ứng viên
mạnh cho vật lý mới. Cụ thể, trên phương diện lý thuyết, mô hình này có thể cho câu trả
lời về số thế hệ, lượng tử hóa điện tích, vấn đề CP mạnh, trộn vị, và sự nặng bất thường
của quark top. Các mô hình 3-3-1 đang được nghiên cứu rộng nhằm trả lời các vấn đề thực
nghiệm chính trên.
Thực vậy, người ta đã chỉ ra rằng, một số mô hình 3-3-1 chứa các cơ chế seesaw và bổ
đính một cách tự nhiên. Chúng dẫn đến các khối lượng neutrino nhỏ và giải thích bất đối
xứng số lepton. Ngoài ra, chúng có thể cung cấp các ứng viên cho vật chất tối theo nguyên lý
chuẩn hoặc trường vô hướng trơ. Mô hình 3-3-1 và các phiên bản mở rộng có thể giải thích
lạm phát và hâm nóng vũ trụ thông qua hoạt cảnh lạm phát Higgs mới hoặc trường vô hướng
mới phá vỡ đối xứng B−L.
Luận án này đề xuất một lớp các mô hình 3-3-1 tiết kiệm mới, gọi là mô hình 3-3-1 đơn
giản và mô hình 3-3-1 đảo, nhằm giải quyết các câu hỏi chính trên. Mô hình 3-3-1 đơn giản
xét phần lepton và vô hướng đơn giản nhất. Điều này dẫn đến các thành phần tự nhiên cho
trường trơ như vô hướng trơ và neutrino phân cực phải. Sự có mặt của các trường này cho ý
nghĩa các dị thường vật lý mới, khối lượng neutrino và vật chất tối. Ngoài ra, mô hình 3-3-1
đảo dẫn đến ứng viên vật chất tối tự nhiên được thống nhất với các hạt thông thường trong
đa tuyến chuẩn và giải thích quá trình vi phạm vị lepton. Các dự đoán vật lý mới khác được
khảo sát.
Mục đích nghiên cứu
•Khảo sát mô hình, tương tác, các hệ quả hiện tượng luận của mô hình 3-3-1 đơn giản
với các vô hướng trơ.
1
•Khảo sát mô hình, khối lượng neutrino, vật chất tối, dòng trung hoà thay đổi vị trong
mô hình 3-3-1 đảo.
Nội dung nghiên cứu
•Mô hình 3-3-1 với các trường trơ
- Khảo sát mô hình, giới thiệu hai tam tuyến vô hướng trơ vào mô hình và tìm điều
kiện cho các tham số thế vô hướng.
- Khảo sát các tương tác
- Khảo sát vật lý vị và moment từ dị thường.
- Khảo sát các hiệu ứng vật lý mới LHC.
- Xác định các ràng buộc trên thang vật lý mới từ các quá trình dijet và Drell-Yan.
•Mô hình 3-3-1 đảo
- Xây dựng mô hình.
- Đồng nhất vật chất tối.
- Khảo sát dòng trung hòa.
- Xác định các quá trình vi phạm vị lepton.
- Xác định các đại lượng vật chất tối.
- Khảo sát các hiệu ứng vật lý mới LHC.
Bố cục của luận án
Chương 1. Tổng quan: Chúng tôi giới thiệu sơ lược về SM và những vấn đề thực nghiệm
gắn với SM. Thảo luận các mô hình mở rộng và lựa chọn hướng nghiên cứu.
Chương 2. Hiện tượng luận trong mô hình 3-3-1 đơn giản với các vô hướng trơ: Chúng
tôi giới thiệu hai tam tuyến vô hướng trơ vào mô hình, tìm điều kiện cho các tham số thế vô
hướng và đồng thời tính các tương tác. Trường trơ chứa ứng viên của vật chất tối và sẽ được
khảo sát mật độ, thực nghiệm tìm kiếm trực tiếp và gián tiếp, tín hiệu ở LHC. Ràng buộc
hạt Higgs SM và các quá trình dijet, dilepton, diboson ở LHC.
Chương 3. Vật chất tối và dòng trung hoà thay đổi vị trong mô hình 3-3-1 đảo: Chúng
tôi xây dựng mô hình, đồng nhất vật chất tối, cơ chế khối lượng neutrino, khảo sát dòng
trung hòa, xác định các quá trình vi phạm vị lepton, tính các đại lượng vật chất tối và thực
nghiệm tìm kiếm vật lý mới.
Kết luận: Chúng tôi đưa ra những kết luận chung, nhận xét tổng quát về kết quả đạt
được khi nghiên cứu các mô hình trên.
2
CHƯƠNG 1. MÔ HÌNH CHUẨN VÀ CÁC TỒN TẠI
Vật lý học hiện đại dựa trên mô hình chuẩn và thuyết tương đối rộng. Những lý thuyết
này mô tả các hiện tượng quan sát với độ chính xác rất cao. Chúng tôi sẽ điểm lại những học
thuyết này, đồng thời chỉ ra những tồn tại thực nghiệm yêu cầu mở rộng mô hình.
1.1. Mô hình chuẩn
Mô hình chuẩn [1] dựa trên đối xứng chuẩn SU(3)C⊗SU(2)L⊗U(1)Y(3-2-1), ở đây
thừa số nhóm đầu tiên mô tả tương tác mạnh giữa các hạt mang tích màu (QCD) và hai
thừa số nhóm còn lại mô tả tương tác điện yếu (EW) giữa các hạt có isopin và (hoặc) siêu
tích yếu.
Ba thế hệ lepton và quark sắp xếp như sau: (νaLeaL)∼(1,2,−1/2),eaR ∼(1,1,−1),
(uaLdaL)∼(3,2,1/6),uaR ∼(3,1,2/3),daR ∼(3,1,−1/3) tương ứng biến đổi dưới các
nhóm chuẩn và a= 1,2,3là chỉ số thế hệ.
Tương tác hấp dẫn được xác định bằng cách thay metric Minkowski bằng metric tổng
quát và thêm vào tác dụng mô hình chuẩn tác dụng Einstein-Hilbert. Lý thuyết hấp dẫn làm
việc ở thang lớn, mô tả các hiện tượng vĩ mô đến dưới 1mm với độ chính xác cực cao, với sai
khác nhỏ hơn 10−3[1].
1.2. Khối lượng neutrino
Mô hình chuẩn dự đoán khối lượng neutrino triệt tiêu, vì nó không có thành phần phải
và số lepton luôn được bảo toàn.
Tuy nhiên, thực nghiệm với neutrino khí quyển, neutrino mặt trời, neutrino từ máy gia
tốc và lò phản ứng hạt nhân gần hai mươi năm qua khẳng định chúng dao động (chuyển vị)
khi đi một quãng đường đủ lớn, nghĩa là các neutrino phải có khối lượng khác không (dù
nhỏ, dưới 1 eV) và trộn lẫn.
1.3. Bất đối xứng vật chất phản vật chất
Vũ trụ sớm là hệ lượng tử do đó có số hạt bằng số phản hạt, tại sao ngày nay vũ trụ
chỉ bao gồm vật chất cấu thành từ các hạt, không có bằng chứng cho sự tồn tại của phản vật
3
