Luận án tiến sĩ vật lý sự chuyển pha điện yếu trong mô hình zee babu mà mô hình su(3)c x su(3)l x u(1)x x (1)n

Lới cÊm ỡn Ưu tiản tổi xin gỷi lới biát ỡn chƠn thnh v sƠu sưc nhĐt án GS.TS Hong Ngồc Long v PGS.TS Phũng Vôn ỗng vẳ thƯy  tên tẳnh hữợng dăn, truyÃn Ôt và kián thực chuyản mổn, phữỡng phĂp nghiản cựu khoa hồc, kinh nghiằm và viằc lắnh hởi kián thực cừa thƯy  tổi cõ th dng tiáp thu v hon thnh luên Ăn n y Xin ch¥n th nh c£m ìn TS Vã Qc Phong  nhiằt tẳnh ch dăn v giÊi thẵch tên tẳnh cĂc vĐn à liản quan án luên Ăn, giúp  tỉi st thíi gian tỉi thüc hi»n luªn ¡n Xin gûi líi c£m ìn ¸n cỉ PGS.TS é Th Hữỡng v TS Lả Thồ Huằ  nhiằt tẳnh giÊng dÔy v ch dăn tổi suốt thới gian khõa hồc Tổi xin cÊm ỡn o tÔo Viằn vêt lỵ Hồc viằn khoa hồc v Cổng nghằ Viằt Nam,  tÔo mồi iÃu kiằn thuên lủi  tổi tham gia ¦y õ c¡c mỉn håc to n khâa hồc, cụng nhữ hỗ sỡ bÊo vằ luên Ăn cĐp cỡ s v cĐp viằn ChƠn thnh cÊm ỡn cĂc bÔn NCS Vêt lỵ lỵ thuyát v vêt lỵ toĂn, Viằn vêt lỵ Hồc viằn khoa hồc v Cổng nghằ Viằt Nam  tổi trao ời nhỳng kián thực  hồc v cĂc vĐn à khĂc cuởc sống Cuối tổi xin chƠn thnh cÊm ỡn têp th CĂn bở, giĂo viản, nhƠn viản trữớng THPT Phú TƠn, huyằn Phú TƠn, tnh C Mau v cĂc thnh viản gia ẳnh cừa tổi,  tÔo mồi iÃu kiằn thuên lủi cho tổi hon thnh luên Ăn ny Nguyạn Chẵ ThÊo Lới cam oan Luên Ăn ny l kát quÊ cừa chẵnh tổi  thỹc hiằn lm nghiản cựu sinh tÔi Viằn vêt lẵ, vợi thƯy hữợng dăn Tổi xin cam oan cĂc kát quÊ nghiản cựu ny l cừa riảng tổi, l mợi, khổng trũng lĐp vợi cĂc nghiản cựu khĂc Nguyạn Chẵ ThÊo Mửc lửc i ii iii iii iv v Líi c£m ìn Líi cam oan Mưc lưc Danh mưc cĂc kẵ hiằu, cĂc chỳ viát tưt Danh mửc cĂc bÊng Danh mửc cĂc hẳnh v, ỗ th Mé U Chữỡng TấNG QUAN 1.1 M Ưu 1.2 Th¸ hi»u dưng cõ õng gõp cừa trữớng vổ hữợng 1.3 Thá hiằu dửng cõ õng gõp cừa trữớng vổ hữợng phực v boson chuân 15 1.4 Thá hiằu dưng câ âng gâp cõa tr÷íng fermion 15 1.5 Thá hiằu dửng mổ hẳnh chuân 16 1.6 Chuyn pha iằn yáu mổ hẳnh chuân 18 1.7 Kát luên 23 Ch÷ìng CHUYšN PHA I›N Y˜U TRONG MỈ HœNH Zee-Babu 25 2.1 Mð ¦u 25 2.2 Giợi thiằu và mổ hẳnh Zee-Babu 26 2.3 Thá hiằu dửng mổ hẳnh Zee-Babu 27 2.3.1 Th¸ hi»u dửng vợi chuân Landau 27 iv Mưc lưc 2.3.2 Th¸ hi»u dưng vợi chuân 28 2.4 Chuyºn pha i»n yáu chuân Landau 29 2.5 Chuyn pha iằn yáu chuân 33 2.5.1 Tr÷íng hđp âng gâp nhä cõa Goldstone boson 36 2.5.2 CĂc rng buởc hơng số tữỡng tĂc th¸ Higgs 41 2.6 Kát luên 42 Ch÷ìng C‡U TRĨC A GIAI O„N CÕA CHUYšN PHA I›N Y˜U TRONG MỈ HœNH 3-3-1-1 44 3.1 Mð ¦u 44 3.2 Sü xem x²t ng­n gån v· mỉ h¼nh 3-3-1-1 46 3.2.1 Khối lữủng cĂc boson Higgs 3.2.2 Thnh phƯn boson chu©n 50 54 3.3 Th¸ hi»u dưng mỉ h¼nh 3-3-1-1 59 3.4 Chuyºn pha i»n y¸u khæng câ fermion trung háa 62 3.4.1 Hai giai oÔn EWPT kch bÊn thự 3.4.2 Ba giai oÔn EWPT kch bÊn thự 63 69 3.5 Vai trá cõa c¡c fermion trung háa EWPT 70 3.6 Kát luên 72 K¸t luên v kián ngh 75 Danh mưc c¡c cỉng tr¼nh cõa t¡c gi£ T i li»u tham kh£o 83 84 Phư lưc A: TH˜ HI›U DƯNG TRONG MỈ HœNH CHU‰N 92 A.1 X¡c ành th¸ hi»u dưng mỉ hẳnh chuân 92 Phö löc B: TH˜ HI›U DƯNG TRONG MỈ HœNH ZEE-BABU 96 B.1 Thá hiằu dửng chuân Landau 96 B.2 Th¸ hi»u dưng chu©n ξ 101 Danh mửc cĂc kẵ hiằu, cĂc chỳ viát tưt Trong luên Ăn ny, chúng tổi dũng dĐu chĐm (".")  ngôn cĂch phƯn nguyản vợi phƯn thêp phƠn cừa mởt số SM (Standard model) Mổ hẳnh chuân RM331 (Reduced minimal 3-3-1) Mỉ h¼nh 3-3-1 tèi gi£n E331 (Economical 3-3-1) Mỉ hẳnh 3-3-1 tiát kiằm VEV (Vacuum expectation value) Tr trung bẳnh chƠn khổng SSB (Spontaneous symmetry breaking) PhĂ vù ối xùng tü ph¡t EWPT (Electroweak Phase Transition) Chuyºn pha i»n yáu BAU (Baryon Asymmetry Univeersity) BĐt ối xựng baryon vụ trư QED (Quantum Electrodynamics) i»n ëng lüc håc l÷đng tû B, C, CP Sè l÷đng tû B, C, CP DM (Dark Matter) Vêt chĐt tối DE (Dark Energy) Nông lữủng tèi ZB Zee-Babu EWBG (Electroweak baryogenesis ) Baryogenesis i»n y¸u UV (Ultraviolet divergence) PhƠn ký tỷ ngoÔi LHC Large Hadron Collider LEP Large ElectronPositron Collider Danh möc c¡c b£ng B£ng 3.1 Sè lepton L mỉ h¼nh 3-3-1-1 B£ng 3.2 Phê khèi l÷đng cõa c¡c boson higg trung háa mổ hẳnh 3-3-1-1 BÊng 3.3 Phờ khối lữủng cừa cĂc boson chuân mang iằn mổ hẳnh 3-3-1-1 BÊng 3.4 Cổng thực khối lữủng cừa cĂc hÔt mổ hẳnh 3-3-1-1 BÊng 3.5 Khối lữủng giợi hÔn cừa cĂc hÔt vợi Tc > mổ hẳnh 3-3-1-1 BÊng 3.6 CĂc giĂ tr cỹc Ôi cừa cữớng ở chuyn pha EWPT vợi = 6T eV mổ hẳnh 3-3-1-1 Danh mửc cĂc hẳnh v, ỗ th Hẳnh 1.1 Thá hiằu dửng Hẳnh 1.2 Cữớng ở chuyn pha SM Hẳnh 2.1 Cữớng ở chuyn pha S mổ hẳnh Zee-Babu chuân Landau Hẳnh 2.2 Cữớng ở chuyn pha S mổ hẳnh Zee-Babu chuân Hẳnh 3.1 ỗ th cừa thá hiằu dửng phữỡng trẳnh (3.36) vợi bián v cho mởt vi giĂ tr cừa λi nh÷ λ = 0.3, D = 0.3, E = 0.6, Λ2 + ω + v = TeV2 Hẳnh 3.2 PhÔm vi khối lữủng tữỡng ựng S > Hẳnh 3.3 PhÔm vi khối lữủng tữỡng ựng S > vợi iÃu kiằn thỹc Tc Hẳnh 3.4 Cữớng ở chuyn pha S mổ hẳnh 3-3-1-1 Hẳnh 3.5 Cữớng ở chuyn pha S mổ hẳnh 3-3-1-1 vợi Tc thỹc Hẳnh 3.6 Sỹ phử thuởc thá hiằu dửng Vef f vo nhiằt ở Hẳnh 3.7 Cữớng ở chuyn pha S mổ hẳnh 3-3-1-1 vợi = TeV Mé U Tẵnh cĐp thiát cừa luên Ăn Trong vêt lỵ, vĐn à bĐt ối xựng baryon, hay cỏn ữủc gồi l vĐn à bĐt ối xựng vêt chĐt, hiằn ang ữủc quan tƠm hng Ưu Cho tợi nay, viằc giÊi thẵch ró rng và vĐn à ny, thẳ văn cỏn nhiÃu tranh luên cĂc nh khoa hồc Ta  biát, Big Bang  tÔo mởt lữủng vêt chĐt v phÊn vêt chĐt bơng vụ trử sỡ khai Những cho tợi ngy nay, måi thù chóng ta quan s¡t ÷đc tü nhiản Ãu l vêt chĐt, cỏn phÊn vêt chĐt thẳ hƯu nhữ khổng quan sĂt ữủc, ngoÔi trứ cĂc phÊn hÔt ữủc tÔo thẵ nghiằm Tứ õ, mởt cƠu họi t phÊn vêt chĐt bián i Ơu? Mửc tiảu cừa vêt lỵ l tẳm iÃu gẳ  xÊy vợi phÊn vêt chĐt, hoc tÔi cõ sỹ bĐt ối xựng giỳa vêt chĐt v phÊn vêt chĐt Và lỵ thuyát vêt lỵ, thẳ phữỡng trẳnh Dirac  dỹ oĂn sỹ tỗn tÔi cừa cĂc hÔt v phÊn hÔt, chúng cõ khối lữủng v cõ thới gian tỗn tÔi l nhữ nhau, lÔi mang iằn tẵch trĂi dĐu Bơng thỹc nghiằm, ngữới ta cụng tẳm cĂc phÊn hÔt vo nôm 1996, tÔi thẵ nghiằm Fermi  tÔo phÊn nguyản tỷ Hydro Phỏng thẵ nghiằm vêt lỵ hÔt nhƠn ChƠu u  tÔo phÊn nguyản tỷ Hydro tứ ph£n proton v  positron v o th¡ng 10 n«m 2002 º giÊi thẵch cho vĐn à trản, cõ giÊ thuyát cho rơng Vụ trử ban Ưu hon ton ối xựng, mởt tĂc nhƠn no õ,  tÔo sỹ mĐt cƠn bơng nhọ v cõ lủi cho sỹ phĂt trin vêt chĐt theo thới gian [1] Ngy nay,  giÊi thẵch tẵnh bĐt ối xựng baryon, cĂc nh khoa håc dịng hai cì ch¸ â l  Leptongenesis v  Baryogenesis Mët mỉ h¼nh mn câ Baryogenesis ph£i thäa ba i·u kiằn cừa A.Sakharov [2] õ l: Vi phÔm số baryon (B) Mé U Vi phÔm ối xựng liản hủp iằn tẵch (C ) (gồi tưt l vi phÔm C ) v vi phÔm tẵch cừa ối xựng liản hủp iằn tẵch vợi ối xựng chđn l (P ) (gồi tưt l vi phÔm CP ) MĐt cƠn bơng nhiằt iÃu Ưu tiản l khĂ ró rng Náu khổng cõ vi phÔm số baryon (B ) thẳ tờng số baryon vụ trử phÊi ữủc giỳ khỉng êi, v  â khỉng câ sü b§t èi xựng cõ th ữủc tÔo tứ cĂc iÃu kiằn ban ¦u èi xùng i·u ki»n thù hai l  c¦n thiát bi vẳ, náu C v CP l ối xựng chẵnh xĂc thẳ ta cõ th chựng minh rơng bĐt ký quĂ trẳnh no Ãu cõ t lằ baryon bơng vợi t lằ phÊn baryon Vẳ vêy trung bẳnh nhiằt cừa số B bơng 0, náu cÊ C v CP khổng b vi phÔm Vẵ dử xem xt lÔi quĂ trẳnh hÔt X Y + B , v  gi£ sû r¬ng C l  khỉng bà vi phÔm Sau õ ta liản hiằp iằn tẵch cĂc cĂc quĂ trẳnh ny thu ữủc xĂc suĐt xÊy l nh÷ ¯ → Y¯ + B¯ ) = Γ(X → Y + B ), Γ(X t l» sau còng cừa quĂ trẳnh tÔo số B dB Y¯ + B¯ ) − Γ(X → Y + B ), (X dT cụng bián mĐt trữớng hủp C khổng b vi phÔm iÃu õ nghắa l B văn bơng Tõm lÔi, cƯn sỹ vi phÔm C cĂc phÊn ựng vi phÔm B  lữủng baryon v phÊn baryon ữủc sinh khĂc Tuy nhiản, cÊ vi phÔm C xÊy ra, thẳ iÃu ny văn chữa ừ Chúng ta cụng cƯn thảm vi phÔm CP Xt vẵ dử hÔt X phƠn r th nh hai quark xo­n tr¡i ho°c quark xo­n ph£i X qL qL , X qR qR Dữợi ph²p bi¸n êi CP , CP : â q¯R l phÊn hÔt cừa qR qL qR MÐ †U Ph²p bi¸n êi C C: qL → q¯L Qua php bin ời C ta thĐy quĂ trẳnh phƠn r ny b vi phÔm C qL q¯L ) Γ(X → qL qL ) 6= Γ(X Ta cụng cõ xĂc suĐt xÊy cừa quĂ trẳnh phƠn r¢ c¡c quark xo­n tr¡i v  quark xo­n ph£i l  ¯ → q¯R q¯R ), Γ(X → qL qL ) = Γ(X v  ¯ → q¯L q¯L ), Γ(X → qR qR ) = Γ(X vªy ta câ ¯ → q¯R q¯R ) + Γ(X ¯ → q¯L q¯L ) Γ(X → qL qL ) + Γ(X → qR qR ) = (X Vêy quĂ trẳnh r cừa hÔt X hai quark khổng vi phÔm CP [3] Tõm lÔi xem xt sỹ phƠn r hÔt X thnh hai quark xo­n tr¡i ho°c quark xo­n ph£i, k¸t qu£ cho thĐy quĂ trẳnh phƠn r ny cõ vi phÔm C , nh÷ng èi xùng CP b£o to n M°c dị kát quÊ ny thu ữủc cĂc quark xoưn trĂi v quark xoưn phÊi l ối xựng nhau, Ơy khổng phÊi l quĂ trẳnh bĐt ối xựng baryon Nhữ vêy, náu ối xựng CP l mởt ối xựng chẵnh xĂc thẳ phÊn ựng vi phÔm B v liản hủp ối xùng CP cõa nâ câ x¡c su§t x£y l  nhữ iÃu õ nghắa l cho dũ cĂc iÃu kiằn khĂc ữủc thọa thẳ B văn bơng Tõm lÔi, cƯn cõ sỹ vi phÔm CP cĂc phÊn ựng vi phÔm B  lữủng baryon v phÊn baryon ÷đc sinh l  kh¡c i·u ki»n thù ba l náu cĂc phÊn ựng vi phÔm B xÊy iÃu kiằn cƠn bơng nhiằt thẳ chiÃu nghch cừa ph£n ùng công câ thº x£y ra: Γ(X → Y + B ) = Γ(Y + B → X ) χ=χ¯ 2π k + m2 (χ) φ¯ Z Z 2 ∂mφ (χ) k dk k nk dk ∂mφ (χ) q q + = 8π ∂χ χ=χ¯ 4π ∂χ χ=χ¯ χ) + k χ) + k m2φ (¯ m2φ (¯ ∂V1φ ∂V2φ = +