Trong những năm gần đây, tìm kiếm vật chất tối trong máy gia tốc LHC đang trở thành chủ đề mang tính thời sự. Hai chùm tia proton được gia tốc và cho va chạm trực diện với nhau tai năng lượng khối tâm √s= 13 TeV, kết quả sinh ra hàng tỷ các sự kiện trong một thời gian rất ngắn được thu nhận bởi hàng nghìn detector, mà một trong số đó có chứa sự kiện cho thơng tin về vật chất tối. Cần nhắc lại rằng do vật chất tối có tính non-baryonic, khơng có tương tác điện từ, mạnh và tương tác yếu cực kỳ bé, nên vật chất tối nếu được sinh ra trong máy gia tốc cũng sẽ nhanh chóng thốt ra khỏi detector và khơng thu được tín hiệu nào, tương tự như neutrino. Khi đó ta chỉ có thể đo được thành phần phân cực ngang của năng lượng thất thoát (missing transerve energy-MET)ET =pm2+p2
T như là dấu hiệu nhận biết chúng sự hiện diện của vật chất tối. Bởi vì vậy, tìm kiếm vật chất tối trong máy gia tốc tương đương quan sát của những sản phẩm đi kèm khi hai chùm tia proton va chạm nhau như jet, các lepton mang điện, photon, hay được gọi là tìm kiếm mono-jet hay di-jet.
DM DM
SM SM
Portal
(a) Direct Detection
DM SM DM SM Portal (b) Indirect Detection SM DM SM DM Portal (c) Collider Detection Jets
Hình 1.4: Minh hoạ ba phương pháp cho tìm kiếm vật chất tối: từ trái sang phải lần lượt là tìm kiếm trực tiếp, gián tiếp và tìm kiếm tại collider [11]
Lựa chọn những sự kiện có MET lớn, ta có thể làm giảm phơng nền do các hạt mơ hình chuẩn gây nên và phân loại được tín hiệu của vật chất tối. Tuy nhiên, cần chú ý rằng kể cả khi xác định được một sự kiện khả dĩ thì ta vẫn chưa chắc chắn đó là có phải là do vật chất tối gây nên khơng, vì bất kỳ một hạt trung hồ nào mà detector khơng thu nhận được đều có thể coi là năng lượng thất thốt. Chỉ với sự bổ sung thơng tin từ các thí nghiệm tìm kiếm trực tiếp
và gián tiếp mới có thể kết luận chính xác hạt trung hồ đó có phải thực sự là vật chất tối khơng.
VẬT CHẤT TỐI TRONG MƠ HÌNH LƯỠNG TUYẾN HIGGS
TRƠ
Sau khi đã trình bày các đặc điểm, tính chất của vật chất tối trong chương 1, chúng ta sẽ đi sâu vào khảo sát vật chất tối trong hai mơ hình cụ thể , mà trước hết là mơ hình với lưỡng tuyến Higgs trơ [20], một trong phiên bản mở rộng mơ hình chuẩn đơn giản nhất bằng việc đưa thêm một lưỡng tuyến Higgs khác cùng với một đối xứng Z2. Lưỡng tuyến Higgs mới có đặc điểm là nó là lẻ dưới phép đối xứng gián đoạnZ2, có trị trung bình chân khơng (Vacuum Expectation Value-VEV) bằng 0, và khơng có tương tác trực tiếp với quark và lepton.
2.1 Tổng quan mơ hình
Trong mục này, chúng tơi sẽ trình bày vấn tắt cấu trúc của mơ hình như phổ hạt, thế Higgs của mơ hình. Điều kiện cực tiểu thế Higgs giúp thu được rằng buộc cho các tham số mơ hình. Tiếp theo, dựa theo đối xứng Z2, chia được lớp hạt mơ hình thành hai kiểu chẵn Z2 và lẻ Z2. Hạt nhẹ nhất, trung hồ điện tích và thuộc kiểu lẻ Z2 sẽ được đồng nhất là vật chất tối.