Sự sinh các radion trong mô hình chuẩn mở rộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ HƯƠNG SỰ SINH CÁC RADION TRONG MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ HƯƠNG SỰ SINH CÁC RADION TRONG MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG Chuyên ngành : VẬT LÝ LÝ THUYẾT VÀ VẬT LÝ TOÁN Mã số : 60 44 01 03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS HÀ HUY BẰNG HÀ NỘI - 2014 Mục lục TIẾT DIỆN TÁN XẠ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ TRONG VẬT LÝ HẠT CƠ BẢN 1.1 Ma trận tán xạ S 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Ý nghĩa vật lý ma trận tán xạ S 1.2 Tiết diện tán xạ 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Biểu thức tán xạ vi phân 10 10 10 12 13 13 14 MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG CÓ HẠT RADION 25 2.1 Mô hình Randall Sundrum 25 2.2 Liên kết radion với photon 28 SỰ SINH CÁC RADION TRONG MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG 30 3.1 Sự sinh radion mô hình chuẩn mở rộng 30 3.2 Kết 39 KẾT LUẬN 41 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài: "Sự sinh radion mô hình chuẩn mở rộng" Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc lời cảm ơn chân thành đến GS.TS Hà Huy Bằng - người thầy hướng dẫn bảo tận tình suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn toàn thể thầy cô Khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, thầy cô đảm nhận giảng dạy khóa Cao học 2012 - 2014, đặc biệt thầy tham gia giảng dạy chuyên ngành Vật lý lý thuyết Vật lý toán giúp đỡ trình học tập Tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện động viên tinh thần để hoàn thành khóa học Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2014 Học viên Vũ Thị Hương DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Hình 3.1: Giản đồ Feynman trình e− γ → φe− Hình 3.2: Sự phụ thuộc tiết diện tán xạ trình e− γ → φe− vào khối √ lượng radion s = 3T eV Bảng 3.1: Số kiện xảy với giá trị khác khối lượng radion MỞ ĐẦU Vật lý hạt ngành Vật lý nghiên cứu hạt sơ cấp chứa vật chất xạ, với tương tác chúng Vật lý hạt gọi Vật lý lượng cao nhiều hạt số không xuất điều kiện môi trường tự nhiên mà tạo hay phát vụ va chạm hạt nhờ máy gia tốc Các nghiên cứu Vật lý hạt đại tập trung vào hạt hạ nguyên tử, hạt có cấu trúc nhỏ nguyên tử Nó bao gồm hạt cấu thành nguyên tử electron, proton, neutron (proton neutron tạo hạt sơ cấp gọi quark); hạt tạo trình xạ hay phân rã photon, neutrino, muon; số lượng lớn hạt ngoại lai Có hai loại: hạt hay gọi hạt sơ cấp - hạt chia nhỏ electron hay photon hạt tổ hợp - hạt cấu thành hạt khác proton neutron, cấu thành từ hạt quark Tất hạt quan sát tương tác chúng mô tả đầy đủ phần lý thuyết trường lượng tử gọi Mô hình chuẩn (SM) Mô hình giới thiệu 47 thành phần hạt sơ cấp, với dạng tổ hợp nó, số hạt nghiên cứu vật lý hạt lên tới số vài trăm Mô hình chuẩn vật lý hạt thuyết miêu tả tương tác mạnh, tương tác yếu, tương tác điện từ hạt cấu tạo nên vật chất Mô hình chuẩn kết hợp lý thuyết điện yếu (bao gồm tương tác yếu lẫn lực điện từ) thuyết sắc động lực học lượng tử (QCD) tương tác hạt nhân mạnh Tất thuyết lý thuyết gauge, có nghĩa chúng mô hình hóa lực fermion cách tạo boson, có tác dụng thành phần trung gian Hệ Lagrangian tập hợp hạt boson trung gian không thay đổi dạng biến đổi gọi biến đổi gauge, boson gọi gauge boson Các boson Mô hình chuẩn là: • Photon, hạt trung gian truyền tương tác điện từ • W Z boson, hạt trung gian lực hạt nhân yếu • gluon, hạt truyền trung gian lực hạt nhân mạnh: số gluon đánh dấu cặp "màu" "đổi màu", gluuon lại cặp màu "pha trộn" phức tạp • Higgs boson, hạt gây bất đối xứng nhóm gauge, loại hạt tạo khối lượng quán tính Biến đổi gauge gauge boson miêu tả nhóm unita, goi nhóm gauge Nhóm gauge tương tác mạnh SU(3), nhóm gauge tương tác yếu SU(2)xSU(1) Vì vậy, Mô hình chuẩn thường gọi SU(3)xSU(2)xSU(1) Higgs boson boson không thuộc gauge boson, tính chất boson gây nhiều tranh cãi Graviton boson cho hạt truyền tương tác tương tác hấp dẫn nên không nhắc đến Mô hình chuẩn Mô hình chuẩn chứa hai loại hạt fermion boson Có 12 dạng fermion khác Mô hình chuẩn Cùng với hạt proton, neutron electron, fermion cấu thành nên phần lớn vật chất Mô hình chuẩn xác định electron hạt bản; proton neutron hạt tổ hợp, tạo thành hạt nhở có tên gọi quark Các hạt quark dính với tương tác mạnh Mô hình chuẩn mức độ kiểm nghiệm thành công độ xác cung cấp tốt hiểu biết tượng vật lý hạt Sự thành công SM thật đáng kinh ngạc Nó dự đoán tồn quank nặng (charm, bottom top) boson gauge Z, W trước chúng quan sát thực nghiệm Mô hình chuẩn dự đoán hạt W Z với khối lượng 82GeV /c2 93GeV /c2 phù hợp với thực nghiệm Ngày nay, hầu hết thí nghiệm kiểm chứng lực miêu tả mô hình chuẩn dự đoán thuyết Mặc dầu mô hình chuẩn công nhận thông qua thí nghiệm kiểm chứng đại ngày Tuy nhiên Mô hình chuẩn chưa thể trở thành thuyết hoàn chỉnh vật lý Đó nguyên nhân sau: • Mô hình chuẩn không đưa lời giải thích thỏa đáng cho giá trị nhiều tham số Mô hình chứa 19 tham số tự do, khối lượng hạt Các tham số tính toán cách độc lập • Có nhiều lý để tin Mô hình chuẩn mô hình giới hạn lượng thấp khoảng 200 GeV, không tiên đoán tượng vật lý thang lượng cao cỡ TeV • Mô hình không cung cấp lý thuyết lượng tử tiên đoán trọng lực Nó không miêu tả tương tác hấp dẫn • Những thách thức trọng tâm vật lý hạt ngày vật lý Higgs, vật chất tối vấn đề bất đối xứng baryon Không có cách SM giải thích vật chất tối vũ trụ hay vấn đề bất đối xứng baryon Trong thực tế, quan sát thấy gần ba mươi phần trăm lượng vũ trụ vật chất tối - khả cho tồn hạt SM vùng vật chất tối cao • Hiện tại, số liệu khối lượng neutrino chứng thực nghiệm không hoàn thiện mô hình chuẩn Theo Mô hình chuẩn neutrino khối lượng, số liệu đo neutrino khí nhóm Super – Kamiokande công bố năm 1998 cung cấp chứng dao động neutrino khẳng định hạt neutrino có khối lượng • Mô hình gặp thử thách không nhỏ, nghi vấn xuất số không bền, c hay e, hay số mạng tinh thể Nếu định luật vật lý chứng minh có vị trí phụ thuộc khác tọa độ đặc biệt không gian, điều có nghĩa tất thí nghiệm sử dụng để chứng minh cho mô hình chuẩn không hợp lệ Vì nhà xây dựng mô hình đưa ý tưởng mở rộng mô hình chuẩn (với phạm vi lượng cao hay khoảng cách nhỏ hơn) Công việc thúc đẩy toán nảy sinh từ số liệu thí nghiệm Nó bao gồm siêu đối xứng, tiếp đến máy Higgs, hay mô hình Randall-Sundrum, kết hợp ý tưởng số ý tưởng khác Đã có nhiều quan tâm dành cho mô hình vật lý thang yếu sử dụng chiều thêm vào việc giải vấn đề hệ thống phân bậc Gần đây, mô hình Randall Sundrum (RS) đề xuất giải vấn đề hệ thống phân bậc việc tập trung tất hạt Mô hình chuẩn brane IR Trong mô hình RS, thăng giáng kích thước chiều thêm vào đặc trưng trường vô hướng, goi radion, ổn định dạng chiều thêm vào mà làm thay đổi bé tham số kích thích hấp dẫn thấp khuôn khổ Các radion bật trở thành hạt nhẹ RS, điều có nghĩa chứng minh tồn radion kể đến đóng góp vào tiết diện tán xạ toàn phần trình va chạm chứng khẳng định tính đắn mô hình RS Gần đây, số tác giả thảo luận việc tìm kiếm radion trình Tevaron máy gia tốc LHC Vì vậy, chọn đề tài “Sự sinh Radion mô hình chuẩn mở rộng” Nội dung luận văn xem xét tạo thành radion va chạm lượng cao e− γ , tính tiết diện tán xạ vi phân toàn phần Bài luận văn bao gồm: Chương 1: Đưa số kiến thức chung ma trận tán xạ, tiết diện tán xạ Chương 2: Trình bày mô hình chuẩn mở rộng có hạt Radion Chương 3: Tính tiết diện tán xạ vi phân toàn phần va chạm lượng cao e− γ Từ rút nhận xét khả tạo thành radion Chương 4: Kết luận Chương TIẾT DIỆN TÁN XẠ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ TRONG VẬT LÝ HẠT CƠ BẢN 1.1 1.1.1 Ma trận tán xạ S Khái niệm Phương trình chuyển động biểu diễn tương tác là: i ∂Φ (t) = H (t) Φ (t) ∂t (1.1) H (t) Hamiltonien tương tác, Φ (t) vector trang thái thời điểm t Giả sử thời điểm ban đầu t0 cho vector trạng thái ban đầu Φ (t0 ), xác định vector trạng thái thời điểm t > t0 Phương trình (1.1) phương trình vi phân tuyến tính bậc nên ta viết nghiệm dạng: Φ (t) = S (t, t0 ) Φ (t0 ) (1.2) với S (t, t0 ) toán tử tuyến tính Thay (1.2) vào (1.1), lấy tích phân vế ta được: t S (t, t0 ) = − i dt1 H (t1 ) S (t1 , t0 ) t0 10 (1.3) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hà Huy Bằng (2010), Lý thuyết trường lượng tử, NXB Đại học Quốc gia Hà nội Nguyễn Xuân Hãn (1998), Cơ sở lý thuyết trường lượng tử, NXB Giáo dục Hoàng Ngọc Long (2003), Nhập môn lý thuyết trường mô hình thống tương tác điện yếu, NXB Khoa học kỹ thuật Hoàng Ngọc Long (2006), Cơ sở Vật lý hạt bản, NXB Thống kê Tiếng Anh C Csaki, J Hubisz and S J Lee (2007), “Radion phenomenology in realistic warped space models”, Phys Rev, D 76, 125015 C Csaki, D T L.Thuy, N H.Thao, T D.Tham (2012), "Radion production in γe− collisions",Modern Physics Letters, A 27, 1250126 David Griffiths (1998), Basics of Introduction to Feynman Diagrams and electroweak Interactions, Editions frontieres D V Soa, T D Tham, N H Thao, D T L Thuy (2012), “Radion production in gamma-electron collisions,” Mod Phys Lett, A 27, 1250126 K m Cheung (2001), “Phenomenology of radion in Randall-Sundrum scenario”, Phys Rev, D 63, 056007 10 S.M Bilenky (1996), Introduction to elementary particle, Elementary 42 [...]... dục 3 Hoàng Ngọc Long (2003), Nhập môn lý thuyết trường và mô hình thống nhất tương tác điện yếu, NXB Khoa học kỹ thuật 4 Hoàng Ngọc Long (2006), Cơ sở Vật lý hạt cơ bản, NXB Thống kê Tiếng Anh 5 C Csaki, J Hubisz and S J Lee (2007), Radion phenomenology in realistic warped space models”, Phys Rev, D 76, 125015 6 C Csaki, D T L.Thuy, N H.Thao, T D.Tham (2012), "Radion production in γe− collisions",Modern... Basics of Introduction to Feynman Diagrams and electroweak Interactions, Editions frontieres 8 D V Soa, T D Tham, N H Thao, D T L Thuy (2012), Radion production in gamma-electron collisions,” Mod Phys Lett, A 27, 1250126 9 K m Cheung (2001), “Phenomenology of radion in Randall-Sundrum scenario”, Phys Rev, D 63, 056007 10 S.M Bilenky (1996), Introduction to elementary particle, Elementary 42