BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHÍ QUANG VĂN XÂY DỰNG VÀ KHẢO SÁT MÔ HÌNH KHỐI LƯỢNG NEUTRINO VỚI ĐỐI XỨNG VỊ A4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU LOẠN LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHÍ QUANG VĂN XÂY DỰNG VÀ KHẢO SÁT MÔ HÌNH KHỐI LƯỢNG NEUTRINO VỚI ĐỐI XỨNG VỊ A4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU LOẠN LUẬN ÁN TIẾN SỸ 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. Nguyễn Anh Kỳ
BỘGIÁO DỤC VÀĐÀO TẠO VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌC VÀCÔNGNGHỆVIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀ CÔNGNGHỆ - PHÍ QUANG VĂN XÂYDỰNGVÀKHẢOSÁTMƠHÌNHKHỐI LƯỢNGNEUTRINO VỚIĐỐIXỨNG VỊA BẰNGPHƯƠNGPHÁP NHIỄULOẠN LUẬNÁN TIẾNSỸ VẬTLÝ HÀNỘI–2017 BỘGIÁO DỤC VÀĐÀO TẠO VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌC VÀCÔNGNGHỆVIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀ CÔNGNGHỆ - PHÍ QUANG VĂN XÂYDỰNGVÀKHẢOSÁTMƠHÌNHKHỐI LƯỢNGNEUTRINO VỚIĐỐIXỨNG VỊA BẰNGPHƯƠNGPHÁP NHIỄULOẠN LUẬNÁN TIẾNSỸ VẬTLÝ Chuyên ngành:Vật lý lý thuyết vật lý toánMãsố: 62 44 01 03 Ngườihướngdẫnkhoahọc:PGS.TS.NguyễnAnhKỳ HàNội–2017 LỜicamơn L i đau tiên xin gťi l i cam ơn chân thành, sâu sac nhat t i thay Nguyen AnhKỳ, ngư i t n tình hư ng dȁn, định hư ng, dìu dat, giúp đtơi đư ngnghiêncťukhoahoccũngnhưtácphonglàmvicnghiêmtúcvàkhơngbietmtmoi cua Thaytrongthigianhưngdȁntơilàmnghiêncťusinhvàhồnthànhlunántiensĩnày Lunán cũ ng kh ơn gt he đư ch oà nt hà nh ne ut hi e u s țgiúpđ n h i tt hà nh vàp hongcáchlàmvicchuyênnghipcuaTS.NguyenThịHongVân,TS.ĐinhNguyênDinhtr ongvictraođői,chiasekinhnghim,cùngnhťngbuőisinhhoạtnhóm,thaolunchunmơndàib attn,cóthenóitơiđãhocđưcratnhieuđieutťđây,vinhťnggìđãnhnđưctơixingťilicamơnch ânthànhtiho Mơitrưngvàđieukinhoctp,nghiêncťurattottạicơsđ o tạocũnggópphan khơng nho trongvichìnhthànhkjnăng làm vi c ket qua nghiên cťulu n án cua Qua xin gťi l i cam ơn đen nơi đư c đào tạo, nghiên cťulàVinVt lývàHocviênKhoahocvàCôngngh,Vi nHànlâmKhoahocvàCôngnghV i tNam Nhânđây,tôimuongťilicamơntiBanGiámhiuTrưngĐạihocKjthut -HucanCANDcùngcácđongnghipnơitôicôngtácđãgiúpđ,đngviên,hőtrvà tạo nhieu đieu ki n tot nhat ve công tác cho th i gian làm nghiêncťusinhvàhồnthànhlunánnày TơicũnggťilicamơnđenchươngtrìnhhocbőngthucĐến911,Qujpháttrien khoa hoc cơng nghQuoc gia (Nafosted) theo đe tài so 103.03-2012.49 vàqujhocbőngOdonValletthu cTőchťcG pgV i tNamđãhőtrm tphankinhphíchotơitrongthigianlàmnghiêncťusinh Vàtrênhet,tơixinbàytolịngbietơntibome,giađìnhnho,anhchịvàbạnbènhťng ngư i het sťcungh, đ ng viên ve moimt đe tơi vťng tin hồn thànhlunánnày HàNi,MùaThu2016 LỜicamđoan Tôi xin cam đoan ket qua lu n án "Xây dțng khao sát mơ hình khoi lư ngneutrinoviđoixťngvịA4bangphươngphápnhieuloạn"làketquanghiêncťucuabanthân cùngsțhư ng dȁn cua thay hư ng dȁn vàsțh p tác cua nhómnghiêncťu.Ketqualunánlàketquamikhơngtrùnglpvicácketquacuacáclunánvàcơ ngtrìnhđãcó HàNi,26-09-2016 Mụclục Licamơn i Licamđoan ii Danhsáchhìnhvẽ .iv Danhsáchbang vi MƠđau Mơhìnhchuanvàvanđekhoilưngneutrino 1.1 1.2 2 11 Mơhìnhchuȁn 11 1.1.1 Cautrúcgaugecuamơhìnhchuȁn 12 1.1.2 Phávđ o i xťngtțphát.CơcheHiggs 14 1.1.3 TươngtácYukawavàkhoilưngcácfermion .16 1.1.4 Cácdòngtươngtácđinyeu 18 Khoilư ngvàchuyenhoáneutrino 20 1.2.1 SohạngkhoilưngDiracvàMajorana 20 1.2.2 Matrntrn 23 1.2.3 Cơchecaubpbênh 25 1.2.4 Chuyenhoáneutrino .31 1.2.5 Khoilư ngneutrinotrongmtsom rngmơhìnhchuȁn .36 KhoilưngvàchuyenhốneutrinotrongmơhìnhA(1) 2.1 44 2.2 vàcácmơhìnhA4 45 MơhìnhchuȁnmrngA(1) 48 2.3 Phanvôhưng 49 2.4 Phanlepton .53 2.5 Khoilưngvàtrnneutrino 56 2.6 PhaDiracviphạmCPvàthamsoJarlskog 62 BieudiencuanhómA4 MỤCLỤC MỤCLỤC KhoilưngvàchuyenhốneutrinotrongmơhìnhA(10) 68 3.1 MơhìnhchuȁnmrngA(10) 3.2 Phanvơhưng 70 3.3 Phanlepton .73 3.4 Khoilư ngvàchuyenhoáneutrino 77 3.5 Nhnxétvàsosánhsơlư cgiťahaimơhình 87 68 Ketlun 89 Danhmụccáccơngtrìnhđãcơngbo 91 AC h é o hốmatrnkhoilưngneutrino 92 B 95 BieudiencuanhómA4 C Bieuthckhaitriennhieuloạn 101 Tàiliu thamkhao 105 Danhsáchhìnhvẽ Nguonneutrinomttri[13] Nguonneutrinokhíquyen(dotiavũtrựbanpháhạtnhânb a u khíquyen) [13] 1.1 ĐothịmôtadạngtheHiggs[97] 15 1.2 GóctrnneutrinobieudientheogócEulerliênhgťacơstrạng tháiriêngvàtrạngtháikhoilưng[109] .25 1.3 Cơchecaubpbênh 26 1.4 Khoilưngneutrinohiudựng 28 1.5 CơcheseesawI,III(hìnhtrái),seesawII(hìnhphai) 28 1.6 CơcheseesawI 28 1.7 CơcheseesawII 29 1.8 CơcheseesawIII .30 1.9 Cáchưngđexâydțngmơhìnhvt ljnghiêncťuveneutrino .37 2.1 Trưngthànhphantrongmơhìnhchuȁnvi đoixťngvịA4×ZN[ 109].4 2.2 PhânbocuaδCPt r o n g trưnghpNO 63 2.3 Sțphựthucδ CPt h e o sin 2θ13t ro n gtrưnghp NO 64 2.4 PhânbocuaδCPt r o n g trưnghpIO 64 2.5 Sțphựthucδ CPt h e o sin 2θ13t r o n g trưnghp IO .64 2.6 PhânbocuaJCPt r o n g trưnghpNOvàIO 66 3.1 Neutrinohiudựngtrongcơchesee-sawI .69 3.2 Cơchesee-sawIvi đoixťngvịA4 3.3 Khoilư nghi udựng|⟨mee ⟩|làhàmcuakhoilư 69 ngneutrino;đothị(hìnhtrái)thuđư cb i(3.72)viθij∈3σvàδ,α21 ,α31∈[0,2π],đothị(hìnhphai)tť[6] .82 DANHSÁCHHÌNHVZ 3.4 DANHSÁCHHÌNHVZ JCPlàhàmcuaθ13(hìnhtrái)vàlàhàmcuaδCP( hìnhphai)vicác góctr nθij∈3σvàphaδ CP∈[0,2π] 83 3.5 Phân bo cuaδCPtrong NO (hình trái) IO (hình phai) vi2 nghi mphânbittươngťngvi màuđovàxanh .84 3.6 Sțliênhg i ť a δCPv θ13trongNO(hình trái)vàIO(hình phai), vùng1σ, 2σand 3σtương ťng vi m u đo, xanh lácây xanh datri.8 3.7 PhânbocuaJCPt r o n g NOvàIO .85 3.8 JCPl hàmcuaθ13trongNO(hìnhtrái)vàIO(phaiphai) .86 B.1A 4lànhómđoixťngcuahìnhtťdinđeu 95 Danhsáchbang 1.1 Mtsonhómgiánđoạnđưcsťdựngtrongvicmr ngmơhìnhchuȁn 42 2.1 Cácphiênbanmơhìnhchuȁnmr .47 2.2 Cáctrưng leptonvàvơhưng vi nhómbienđőiA4 2.3 DťliuthțcnghimcuatrưnghpNOvàIO[6,7] 61 2.4 Giát rịt rungbình c ua δ CPvà|JCP|trongtrư ng h pNOvàIO cua mơhìnhA(1) n g viđoixťngvịA4 ,Z3,Z4 49 66 3.1 Mơhìnhchuȁnmr ngvi đoixťngvịA(10) 3.2 Thangkhoilưngcuamơhình 76 3.3 Giát rịt rungbình c ua δ CPvà|JCP|trongtrư ng h pNOvàIO cua mơhìnhA(10) 4 69 86 96 B.1L pliênhpcuaA4 MƠđau GiỚi thiu veneutrino Neutrino hạt fermion có spin 1/2, trung hồ n có khoi lư ng rat nho Nó làhạtcơbanratđtbitvàkhóghinhndotươngtácratyeuvivt chat,chitươngtác thơng qualțcyeu hap dȁn, lại loại hạt có rat nhieu vũ trự.Neutrino có3 loại: neutrino electron (νe), neutrino muon (νµ) neutrino tau (ντ),m t đtrung bình cua neutrino vũ trự lànν≈336cm−3, thiên hà cuachúng tam t đcó thel nhơn phan ťng hạt nhân Neutrino ngunthujđưctạoratťkhoang13tinămtrưc,thikỳđausauVựnőln(bigbang),thikỳnàyvũt rựlànóng,đmđcbaogomcáchạtcơbanvàneutrino.Nóđưcsinhratťnhieu nguon như:m t tr i,khí quyen trái đat, lị phan ťng hạt nhân, supernova,bigbang[1–5] Ketťkhiđưcpháthin,neutrinođóngvaitrịratquantrongtrongvt ljhạtcơban,vtljthi ênvăn,vũtrựhoc,nócũnglàmanhghéptrongyeutrongnhnthťc cua chúngtave vtchat vũ trự Do nhťng tính chat het sťc đ cbit vànhťng hieu biet ve cịn hạn che nên van đe ve vtljneutrino đoitưngliênquanlnlànhťngchuđeđưcquantâmcanphaigiaiquyet.Hi nnaychúngtachimibietneutrinolàhạtcókhoilưngratnho,nhưngchưabietkhoilư ngchínhxáccuachúngbangbaonhiêu Năm1967,banhàvtljSheldonGlashow,AbdusSalamvàStevenWeinbergđexuatljt huyetđinyeu.Ljthuyetnàymơtatươngtácđintť,yeugiťacáchạtcơban,khikeđentươngtác mạnh(cũngđưcpháttrientrongthigiannày),goilàmơhìnhchuȁn(MHC),vàlàljthuyetgau gecuađoixťngSU(3)C×SU(2)L×U(1)Y.Mơhìnhchuȁnđãđemlạinhťngthànhcơnglntrongvt ljhạtcơban:nhưtiênđốnsțtontạicuabosonW±, Z,dịng trung hoà, quark t c Tuy nhiên, ngoàinhťng thành cơng MHC cịn nhťng hạn che chưa the giai quyet đư cnhư:khơngthongnhatđưctươngtáchapdȁn,khơnggiaithíchđưcsțtontại