Luận văn Chuyển hóa Photon - Radion trong từu trường tĩnh trong mô hình Randall - Sundrum

Nội dung tài liệu: Luận văn Chuyển hóa Photon - Radion trong từu trường tĩnh trong mô hình Randall - Sundrum

1. Bậ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HÅC SƯ PHẠM HÀ NậI 2 Vè THỊ BÍCH THU CHUYỂN HÂA PHOTON - RADION TRONG TỪ TRƯỜNG TĨNH TRONG Mặ HèNH RANDALL - SUNDRUM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HÅC VẬT CHẤT XuƠn Hỏa, nôm 2016
2. Bậ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HÅC SƯ PHẠM HÀ NậI 2 Vè THỊ BÍCH THU CHUYỂN HÂA PHOTON - RADION TRONG TỪ TRƯỜNG TĨNH TRONG Mặ HèNH RANDALL - SUNDRUM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HÅC VẬT CHẤT Chuyản ngành: Vêt lý lý thuyát và Vêt lý toĂn MÂ ngành: 60 44 01 03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS. NGUYỄN HUY THẢO XuƠn Hỏa, nôm 2016
3. LÍI CÁM ƠN Để hoàn thành Luên vôn này, tụi đó nhên được sự hộ trủ tứ giĂo viản hướng dăn, thƯy cụ, gia đỡnh và bÔn b±. Đầu tiản tụi xin gỷi lời cĂm ơn chƠn thành đến TS Nguyạn Huy ThÊo - người thƯy đó tên tẳnh giÊng dÔy, hướng dăn, để tụi cú thº hoàn thành luên vôn này. Tụi xin gỷi lời cĂm ơn đến quý thƯy cụ giĂo Khoa Vêt lý, trường Đại học sư phÔm Hà Nởi 2, đó truyãn đạt cho tụi nhỳng kián thực vêt lý tứ cờ điển đến hiằn đại, làm nãn tÊng để tụi hoàn thành luên vôn. Tụi xin chƠn thành cÊm ơn cĂc bÔn học viản lớp Cao học Vêt lẵ lý thuyát và vêt lẵ toĂn, khúa 18, trường Đại học sư phÔm Hà Nởi 2, đó cựng tụi trao đổi nhỳng kián thực đó học và cĂc vĐn đề khĂc trong cuởc sống. Cuối cựng, tụi xin chƠn thành cÊm ơn têp thº cĂn bở, giĂo viản, nhƠn viản, trường phờ thụng dƠn tởc nởi trỳ t¿nh Sơn La và cĂc thành viản trong gia đỡnh, đó tÔo mọi điều kiằn thuên lủi cho tụi hoàn thành khúa học này. XuƠn Hỏa, ngày 15 thĂng 6 nôm 2016 Vẳ Thị Bẵch Thu
4. LÍI CAM ĐOAN Tụi xin cam đoan rơng số liằu và kát quÊ nghiản cựu trong luên vôn này là trung thực và khụng trựng lặp với cĂc đề tài khĂc. Tụi cũng xin cam đoan rơng mọi sự giỳp đỡ cho viằc thực hiằn luên vôn này đó được cÊm ơn và cĂc thụng tin trẵch dăn trong luên vôn đó được ch¿ ró nguồn gốc. Hà Nởi, ngày 15 thĂng 6 nôm 2016 Vẳ Thị Bẵch Thu
5. Mục lục DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT1 Mé ĐẦU2 1 Mặ HèNH CHUẨN VÀ CÁC Mé RậNG CỦA Mặ HèNH CHUẨN6 1.1. Mặ HèNH CHUẨN6 1.2. CÁC Mé RậNG CỦA Mặ HèNH CHUẨN9 2 Mặ HèNH RANDALL-SUNDRUM 11 2.1. Lí THUYẾT KALUZA - KLEIN 11 2.2. KHÁI QUÁT Mặ HèNH RANDALL - SUNDRUM 12 3 SỰ CHUYỂN HÂA PHOTON - RADION TRONG TỪ TRƯÍNG TĨNH 29 3.1. TRƯỜNG RADION 29 3.2. CƠ CHẾ GOLDBERGER - WISE 30 3.3. SỰ TRậN RADION - HIGGS 32 3.4. KHẢO SÁT TIẾT DIỆN CHUYỂN HÂA PHOTON-RADION TRONG TỪ TRƯỜNG TĨNH 35 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39
6. DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT e electron à muon τ tau νe electron neutrino νà muon neutrino ντ tau neutrino u up d down c charm s strange t top b bottom GR General Relativity PGW Primordial Gravitional Wave QCD Quantum ChromoDynamics GWS Glashow-Weiberg-Salam SM Standard Model VEV Vacuum Expectation Value CERN European Organization for Nuclear Research LHC Large Hadron Collider WMAP Wilkinson Microwave Anisotropy Probe V-A Vecto-Axial DM Dark Matter RS Randall - Sundrum KK Kaluza-Klein MHC Mụ hẳnh chuân 1
7. Mé ĐẦU 1. Lí DO CHÅN ĐỀ TÀI Tứ khi con người xƠy dựng được mởt hằ thống cĂc ý tưởng và phương phĂp suy luên chẵnh xĂc để diạn tÊ và giÊi thẵch thá giới bản ngoài, thẳ theo nghĩa đú họ đó tÔo dựng nản mởt thực tÔi thiản nhiản mà hÔt cơ bÊn và vũ trụ là thẵ dụ điển hẳnh vã cĂi mà chỳng ta hiºu biát vã hai thĂi cực vụ cựng nhỏ cũng như vụ cựng lớn đú. HÔt cơ bÊn là mởt dÔng vêt chĐt tưởng như khụng sao chia cưt nời, và sự hiºu biát vã chỳng được phĂt triºn theo thời đại do nhên thực cừa con người. Vêt lý hiằn đại là phƯn Vêt lý mới được phĂt triºn tứ đƯu thá kỷ 20, khởi sinh bơng lý thuyát lượng tỷ nông lượng cừa Max Planck (1901); Lý thuyát lượng tỷ Ănh sĂng và thuyát tương đối hẹp cừa Albert Einstein (1905), giỳp ta cú nhỳng cĂi nhẳn mới vã thá giới vêt chĐt. Trản cơ sở cĂc tián bở vượt bêc, do sự nộ lực khụng ngứng cừa cĂc nhà vêt lý hiằn đại, nghiản cựu vã cĂc mặt lý thuyát, thực nghiằm và mụ hẳnh húa, trản xu hướng hủp nhĐt cĂc tương tĂc. VĐn đề nời trởi trong thá giới vêt lý hiằn đại ngày nay được nhiãu nhà khoa học, quan tƠm nghiản cựu đú là “Mụ hẳnh chuẩn” và cĂc mở rởng cừa mụ hẳnh này. Nôm 1974, lƯn đầu tiản John Iliopoulos đề xuĐt “Mụ hẳnh chuẩn”. Theo mụ hẳnh này, tương tĂc điện tứ, tương tĂc yáu và tương tĂc mÔnh được mụ tÊ thống nhĐt bởi mởt lý thuyát trường lượng tỷ dựa trản nhúm đối xựng chuân SU(3)C ⊗ SU(2)L ⊗ U(1)Y . Đến nôm 1978, tÔi Hởi nghị Quốc tá vã Vêt lý nông lượng cao ở Nhêt BÊn, nhỳng kh¯ng định thực nghiằm vã “Mụ hẳnh chuẩn” đó được đỏnh giĂ và xĂc nhên. Vêt chĐt trong tự nhiản vên động là do bốn lực cơ bÊn: Tương tĂc hĐp dăn tĂc dụng ở thang vĩ mụ, được mụ tÊ thành cụng bởi thuyát tương đối rởng. Tương tĂc điện tứ, tương tĂc yáu và tương tĂc mÔnh tĂc dụng ở thang vi mụ 2
8. Mé ĐẦU được mụ tÊ thành cụng bởi mụ hẳnh chuân [1]. Lý thuyát tương đối rởng và mụ hẳnh chuân là nhỳng nãn tÊng cơ sở cừa vêt lý hiằn đại cho giÊi thẵch cĂc hiằn tượng tự nhiản với độ chẵnh xĂc rĐt cao. Mụ hẳnh chuân là sự kát hủp hai lý thuyát cơ sở: GWS (Glashow-Weiberg- Salam) và QCD (Quantum ChromoDynamics), dựa trản đối xựng chuân SU(3)C⊗ SU(2)L ⊗ U(2)Y là nãn tÊng cừa vêt lý hiằn đại [3]. CĂc fermion trong SM được xáp theo cĂc thá hằ: thá hằ 1 νe; e; u; d, thá hằ 2 νà; à, c; s và thá hằ 3 ντ ; τ; t; b. Trong mụ hẳnh chuân, neutrino ch¿ cú phƠn cực trĂi do thực nghiằm khụng thĐy thành phƯn phÊi. CĂc hÔt trĂi được xáp vào lưỡng tuyán SU(2)L và hÔt phÊi là đơn tuyán cừa nhúm này. Quark là tam tuyán cừa SU(3)C, trong khi lepton khụng mƯu. Sau khi cụng bố thuyát tương đối hẹp, Einstein xƠy dựng thuyát tương đối rởng cho hĐp dăn và hoàn thành nôm 1916. Thuyát tương đối rởng là cơ sở để tẵnh toĂn với vũ trụ học ngày nay. Kát hủp với mụ hẳnh chuân, hai lý thuyát này cho giÊi thẵch thành cụng nhiãu vĐn đề cừa tự nhiản tứ siảu nhỏ đến siảu lớn. Tuy nhỳng thành cụng trản nhưng SM cũng cú nhưng hÔn chá [3]. Mụ hẳnh chuân khụng giÊi thẵch được nhỳng vĐn đề liản quan đến số lượng và cĐu trỳc cĂc thá hằ fermion. Đặc biằt, mụ hẳnh chuân khụng giÊi quyát được vĐn đề phƠn bêc, khụng mụ tÊ được loÔi tương tĂc thự tư cừa vêt chĐt, tương tĂc hĐp dăn. Ngày nay, để giÊi thẵch được cĂc cƠu hỏi mới nÊy sinh tứ nhỳng nghiản cựu vũ trụ, người ta thĐy rơng mụ hẳnh chuân khụng cỏn phự hủp nỳa, tuy nú khụng sai nhưng phÊi bờ sung thảm mởt số khẵa cÔnh mới. Mởt trong nhỳng mụ hẳnh mới bờ xung cho mụ hẳnh chuân được đưa ra, ta cú thº phƠn theo hai hướng sau: + Mở rởng nhúm đối xựng (Mụ hẳnh 3-3-1; Lý thuyát siảu đối xựng, Lý thuyát thống nhĐt lớn;...) + Mở rởng số chiãu khụng gian (Lý thuyát Kaluza - Klein; Mụ hẳnh Randall -Sundrum;...). Mụ hẳnh vũ trụ nôm chiãu Randall - Sundrum, được đặt theo tản cừa 2 nhà khoa học đề xuĐt ra mụ hẳnh. Khụng giống như vũ trụ được mụ tÊ bởi thuyát tương đối cú ba chiãu cừa khụng gian và mởt chiãu cừa thời gian, mụ hẳnh này thảm mởt chiãu compact và mụ tÊ vũ trụ bởi nôm chiãu. Nhờ đú mụ hẳnh Randall - Sundrum đó giÊi thẵch được tẵnh bãn cừa bĂn kẵnh compact và giÊi quyát được vĐn đề phƠn bêc. 3
9. Mé ĐẦU Trường radion động lực gưn với bĂn kẵnh này bÊo đảm được tẵnh bãn thụng qua cơ chá Goldberger - Wise. Mởt trong nhỳng đặc trưng cừa mụ hẳnh này là trường radion. Để gúp phƯn chựng minh tẵnh đỳng đắn cừa mụ hẳnh Randall - Sundrum, chỳng tụi chọn đề tài “Chuyºn húa photon - radion trong tứ trường tĩnh trong mụ hẳnh Randall - Sundrum” để nghiản cựu trong luên vôn. 4
10. Mé ĐẦU 2. MỤC ĐÍCH NGHIấN CỨU Nghiản cựu sự chuyºn húa photon - radion trong tứ trường tĩnh nhơm tẳm ra bơng chựng kh¯ng định sự tồn tÔi cừa radion và kh¯ng định được tẵnh đỳng đắn cừa mụ hẳnh Randall - Sundrum. 3. NậI DUNG NGHIấN CỨU Để đạt được mục đớch đề ra, đề tài cú nhiằm vụ chừ yáu sau: - Tẳm hiºu mụ hẳnh chuân và cĂc mụ hẳnh mở rởng tứ mụ hẳnh chuân. - Tẳm hiºu mụ hẳnh Randall - Sundrum. - Tẳm hiºu sự chuyºn húa photon thành radion trong tứ trường tĩnh. 4. ĐỐI TƯỢNG NGHIấN CỨU Chuyºn húa photon - radion trong tứ trường tĩnh trong mụ hẳnh Randall - Sundrum. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU Sỷ dụng phương phĂp lý thuyát trường lưủng tỷ trong khụng - thời gian cong, nhiãu chiãu. Phương phĂp giÊn đồ Feynman để tẵnh tiát diằn tĂn xÔ Radion trong tứ trường tĩnh. 6. NHỮNG ĐểNG GÂP CỦA ĐỀ TÀI Chựng minh được sự xuĐt hiằn cừa radion trong tứ trường tĩnh trong mụ hẳnh RS, để hiºu được tẵnh bãn vỳng cừa bĂn kẵnh compact và giÊi thẵch được vĐn đề phƠn bêc nhơm kh¯ng định được tẵnh đỳng đắn cừa mụ hẳnh. 5