ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ NGUYỄN NHƯ LÊ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA NEUTRINO THUẬN THANG ĐIỆN YẾU Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán Mã số: 62 44 01 03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HUẾ NĂM 2016 Công trình được hoàn thành tại: Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế. Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. Phạm Quang Hưng, Đại học Virginia, Hoa Kỳ 2. TS. Võ Tình, Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Quỳnh Lan, Khoa Vật lý, Đại học Sư phạm Hà Nội. Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Anh Kỳ, Trung tâm Vật lý Lý thuyết, Viện Vật lý. Luận án đã được được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp cơ sở họp tại: Trường Đại học Sư phạm Huế Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
ĐẠI HỌCHUẾ TRƯỜNGĐẠIHỌCSƯPHẠMK HOAVẬTLÝ NGUYỄNNHƯLÊ MỘTSỐTÍNHCHẤTCỦANEUTRINOTH UẬNTHANG ĐIỆNYẾU Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết vật lý toánMãsố: 6244 0103 TĨMTẮT LUẬNÁNTIẾNSĨVẬTLÝ HUẾ-NĂM 2016 Cơngtrìnhđượchồnthànhtại: KhoaVậtlý,TrườngĐạihọcSưphạm,ĐạihọcHuế Ngườihướngdẫnkhoahọc: GS.PhạmQuangHưng,ĐạihọcVirginia,HoaKỳ TS.VõTình,KhoaVậtlý,TrườngĐạihọcSư phạm,ĐạihọcHuế Phản biện 1:PGS TS Nguyễn Quỳnh Lan, KhoaVật lý,Đại học SưphạmHàNội Phản biện 2:PGS TS Nguyễn Anh Kỳ, Trung tâmVật lýLýthuyết, ViệnVậtlý Luậná n đ ã đ ợ c đ ợ c b ả o v ệ t i H ộ i đ n g c h ấ m luậnáncấpcơsởhọptại:TrườngĐạihọcSưphạmHuế Cóthểtìmhiểuluận ántại thưviện: HUẾ - NĂM2016 i MỤCLỤC Mnclnc i M0ĐAU Chương1 M ® T SO K I E N TH Ú C C Ơ S 1.1L ý thuyetgauge 1.2SM tương tác đi¾n yeu Chương2 M Ơ H Ì N H E W νR 62.1 Hạtn e u t r i n o 62.2 Khoi lưong neutrino 2.3Cơchesee-saw 2.4Mơhìnhđoixúngthunnghịch 72.5Mơ hình EWνR .7 Chương3.TRẠNGTHÁING ƯNGTỤTRONGMƠHÌNH EWνR 10 3.1 Lýthuyetphitươngđoitính chotrạngtháingưngtn 11 3.2 Phươngp h p s ủ d n n g p h n g t r ì n h S D c h o c c t r n g tháingưngtncủa fe rm io ntro ngmơ hìnhEW νR .11 3.3 Hàmβm®tm®tvịngcủacáchangsoliênketYukawac ủ a fermiont r o n g m h ì n h E W νR 13 Chương4.PHÁV0ĐOIXÚNGĐINNYEUĐ®NGLỤC HOCTRONGMƠHÌNHEWνR 16 4.1 Phỏvừoixỳngiắnyeuđnglchoc 16 4.2 Phỏvừoixỳngiắnyeu đ n g l c h o c t r o n g m ô h ì n h EWνR 16 4.3 Khoil o n g c ủ a h t H i g g s 19 4.4 Khoilưongcủaneutrino 20 KETLUNCHUNG .22 DANHMỤCCƠNGTRÌNHKHOAHOCCỦATÁCGIẢ ĐÃSỦDỤNGTRONGLUNÁN 24 TÀILIN U T HAMK H ẢO .25 ii MĐ A U Lýdochoneti Hiắn tong dao đng neutrino oc cụng bo bi phũng thớ nghiắmSuper-Kamiokande [8] l mđt nhng bang chỳng thc nghiắmchỳngtscanthietphimrđngmụhỡnhchuan.Trongsocỏcm ụhỡnhtokhoilongchoneutrinocúmụhỡnhEWRcaPhmQuangHng[13]vúi nhúmgaugetngtnhtrongSMnhngthờmcỏcthnh phan fermion v Higgs đe thỏa mãn đieu ki¾n: trạng thái n ngcủa neutrino có khoi lưong bé, vào cõ thang đi¾n yeu Λ EW Theo đó,neutrino thu n có the đưoc dị tìm chat Majorana neutrinođưoc kiem chúng thục nghi¾m Khả ton mơ hìnhEWνRtrong lĩnh vục lý thuyet vtlý hạt rat cao mơ hìnhEWνRthỏa cỏc ieu kiắn rng buđc chớnh xỏc iắn yeu phùhopvóiso li¾uthục nghi¾m bosonHiggs-125 GeV[17] Như v y,vi¾c xây dụng m®t lý thuyet đay đủ cho mơ hình EWνRđóng vai trịcapthietvàquantrong,gópphangiảithíchcáchi¾ntưongtronglĩnhvục vtlý lưong cao Trong phiên đau tiên mơ hìnhEWνR, che see-saw đưoc đưa đe giải thích khoi lưong bé củaneutrino.Tuy nhiên, lý thuyet ve s phỏ vừ oi xỳng iắn yeu đnglc(DEWSB)ecỏctrũngHiggsnh nVEVchưa đưoc đe c p đen.Các tính chat neutrino thu n vai trị che tạokhoilưongnàychưađưoclàmrõ.Vóicácvanđecịnbỏngỏỏtrên ,tơi chon tài nghiên cúu“M tsotínhchatcianeutrinothu¾nthangđ i ny e u ” l m đetàilunánti ensĩcủamình Lịchsfi nghiêncfíu vanđe Vi¾ck h n g g i ả i t h í c h đ o c b ả n c h a t c ủ a p h v õ đ o i x ú n g đ i ¾ n y eu (EWSB) mà hạt Higgs vói khoi lưong chưa biet đóng vai trị trungtâmlàm®ttrongnhũnghạnchecủaSM.ĐoixúngcủaSMbịphávõm®t cách tụ phát bỏi the Higgs có dạngV(Φ+Φ) =µ2Φ+Φ+λ(Φ+Φ)2,trong Φ m®t trưịng vơ hưóng sỏ Đieu dan đen nhieuvan đe chưa đưoc giải đáp ti saoà2phi cú giỏ tr õm hay vanevetangbc,tisaothang iắnyeuv O O(GeV) lại bé ratnhieu lan so vói thang Planck,MP∝ O(1019GeV) Cách biengiải quyet van đe sủ dnng s triắt tiờu gia cỏc úng gúp phõnkbcboncafermionvcabosonóocexuattrongmđtsomụhỡnh nh mơ hình Siêu đoi xúng (SUSY), Higgs nhỏ (LH), Higgs songsinh (TH), [23] M®t ý tưỏng khác có the đưoc tìm thay cácmơhìnhChieuthêmvàolón(LED),mơhìnhphiHiggs[23],trongđócác chieu thêm vào đóng vai trị quan trong vi¾c giải quyet vanđetangbc.Ngồira,cơcheDEWSB,trongđócáctrạngtháingưngtn fermionsẽthaythechotrưịngHiggscơbảnđưocratnhieunhà vtlý hạt quan tâm sủ dnng đe giải quyet van đe Nhieumơ hình chȁng hạn mơ hình Higgs đa hop, phim màu(TC),mỏr®ngphimmàu(ETC),topcolor[23], ,trongđócómơhìnhEWνRđãchonhưónggiảiquyetnày.DEWSBtrongmơ hìnhEWνRsẽ dụatrêncơcheđãđưoctrìnhbàytrong[32].Neutrinothunvàfermiongương mơ hình ngưng tn tương tác lan lưot vói tam tuyenHiggsvlừngtuyenHiggscskhinnglonglún Mnctiờunghiờncfớu ã Tỡmieukiắne neutrino thu nvquarkgng tro ngmơ hìn hEWνRn g n g tnvàthangnăng lưongtươngúng • Xâyd ụ n g c c h e D E W S B c h o m ô h ì n h E W νR.T h ô n g q u a c c h e DEWSB,g i ả i t h í c h k h o i l o n g b é c ủ a n e u t r i n o • Trongmoiphanlàmrõcácđctrưng,vaitrịcủaneutrinothun Nidungnghiêncfíu • Tìm đieu ki¾n h¾ so liên ket Yukawa đe trạng tháingưngtntươngúng hìnhthành ã Tỡm hmmđtmđt vũng ca cỏc hắ so liờn ket Yukawa neutrinothunvàfermiongương • Giải so phương trình nhóm tái chuan hóa đe tìm thang nănglưongtạiđó hình thành cáctrạngt h i n g n g t n c ủ a n e u t r i n o thunvàfermiongương • Xâyd ụ n g l ý t h u y e t v e D E W S B t r o n g m ô h ì n h E W νR;M ô t ả s ụ hìnhthànhkhoilưongcủaneutrinotheocơcheseesawtrongmơhìnhEW νR Phạmving hiêncfíu Lu n án giói hạn phạm vi nghiên cúu tương tác đi¾n yeutrongmơhìnhEW νR Phươngp h p n g h i ê n c fí u Đe tài sủ dnng phương pháp lý thuyet trưòng lưong tủ nhưnguyên lý gauge, phương pháp hàm Green, phương trình nhóm táichuan hóa quy tac Feynman đe đưa bieu thỳc gii tớch, sauúsdnngphngphỏptớnhsoebiắnluncỏcketquthuoc ínghakhoahocvthfictienca eti Nhngketquthuoccaetiúnggúpmđtphanquantrongvonolctỡ mhieubnchatcaccheHiggs,nguongoctokhoilong chovtchat.e xuatđưocmơ hìnhDEWSB phùhopv g i ả i t h í c h khoi lưong bé neutrino Ngoài ra, ket đe tài cịn có vai trịđịnh hưóng, cung cap thơng tin cho vtlý thục nghi¾m vi¾c dịtìmcáchạtfermiontrongmơ hìnhEWνR Cautrúccủalunán Ngồic c p h a n m ỏ đ a u , k e t l u n,d a n h m n c c c h ì n h v ẽ , d a n h m n c cáccơngtrìnhcủatácgiảđưocsủdnngtronglunán,tàili¾uthamkhảo phn lnc, n®i dung lu n án đưoc trình bày chương.Chương trình bày tong quan ve lý thuyet gauge mơ hình chuan.Chương trình bày mơ hình khoi lưong neutrino mơ hìnhEWνR.C h n g t r ì n h b y n h ũ n g n g h i ê n c ú u v e c c tí n h c h a t c ủ a trạngtháingưngtnvàthangnănglưongđexuathi¾ncáctrạngtháinày thơng qua bieu thúc giải tính ket tính so hàmβm®tm®tvịng hang so Yukawwa mơ hình EWνR Chương trình bàynghiên cúu ve DEWSB mơ hình EWνR Thơng qua đó, đ ctrưngvàvaitrịcủaneutrinođưoclàmrõ Chương1 MTSOKIENTHỨCCƠS 1.1 Lýthuyetgauge Đoi vói lý thuyet trưịng vtlý hạt, tính đoi xúng đưoc the hi¾nthơng qua định lý Noether [1]: đieu ki¾n Lagrangian bat bien vói phépbienđoi liêntncbatkỳnàođóchophépsuyratínhchatbảotồncủam®t đại lưong đ®ng lục đoi vói thịi gian Nghĩa là, định lý Noetherthietlptồnb®cácđịnhlutbảotồn.Theođó,khiLagrangi anbat bien đoi vói phép bien đoi đoi xúng bat kỳ xác định dạng tngtỏcgiacỏcht.Haynúicỏchkhỏc,oixỳngbaohmđnglch oc 1.2 SMcatngtỏcinyeu SMchotngtỏciắnyeucútheoclmrừtrongLagrangiantngỳng,trong ú,tớnhchatcatrũngvtchat,bosongauge,bosonHiggsvtngtỏcgia chỳngsocthehiắnay L +L gauge =− v h F − F W +W−µν+ M2 µν W+ W− µ µ ν µ W µ ν 1 µ − Z µ Zµν+ M2Z + Z −µ + Z µ ∂ µ H∂ H ν2 2+ − — M H + W+W−A + W WZ H + − + + − − + W W AA + W W ZZ + W W AZ + HHH + HHHH + W+W−W+W− + W+W−H + W+W− HH + ZZH + ZZHH , Llepton+Ly e (1.130) Σe Σ = ¯(i/∂−me )e+ ν¯e (i/∂)νe e νe e¯νe W− + e¯e + ν¯e eW + + , + e¯e + ν¯e νe + e¯e Σ Z Lquark = q¯(i/∂)q, (1.131) (1.132) q=u, ,t LY =− q iΣ,j= i j hg u u¯Ri i Φ˜ +j qLj +g du¯ Ri Φ+qLj (i1.133)