Luận văn Hiệu ứng của radion và u hạt lên các quá trình tán xạ của photon trong mô hình chuẩn mở rộng

Nội dung tài liệu: Luận văn Hiệu ứng của radion và u hạt lên các quá trình tán xạ của photon trong mô hình chuẩn mở rộng

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------- ĐINH THỊ SAO HIỆU ỨNG CỦA RADION VÀ U HẠT LÊN CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ CỦA PHOTON TRONG MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2016
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------- ĐINH THỊ SAO HIỆU ỨNG CỦA RADION VÀ U HẠT LÊN CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ CỦA PHOTON TRONG MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Mã số: 60440103 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS. Hà Huy Bằng HÀ NỘI - 2016
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi khẳng định rằng đây là một công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, do chính sức lực của bản thân tôi đã nghiên cứu và hoàn thiện trên cơ sở những kiến thức đã học và tham khảo những tài liệu. Nó không trùng với kết quả của bất kì tác giả nào. Hà Nội, ngày 17 tháng 01 năm 2016 Tác giả luận văn Đinh Thị Sao
4. LỜI CẢM ƠN Với đề tài luận văn tốt nghiệp “Hiệu ứng của radion và U hạt lên các quá trinh tán xạ của photon trong mô hình chuẩn mở rộng” tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS-TS Hà Huy Bằng,Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS. TS. Hà Huy Bằng – ngƣời đã tận tụy hết lòng hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Bộ môn Vật lý lý thuyết đã tận tâm dạy bảo cho chúng tôi những kiến thức khoa học quý báu, trang bị cho chúng tôi những kiến thức nền tảng và hiện đại của Vật lý ngày nay. Giúp chúng tôi có một nền tảng kiến thức vũng vàng khi bắt tay vào nghiên cứu các công trình khoa học. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, Phòng sau đại học và Ban Giám hiệu Truờng Đại học Khoa học Tự Nhiên đã tạo điều kiện tôt nhất để tôi đựợc học tập và hoàn thành luận án này. Cuối cùng xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất tơi gia đình những ngƣời đã luôn bên cạnh động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn thạc sĩ. Tác giả luận văn. Đinh Thị Sao
5. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do lựa chọn đề tài. .............................................................................. 1 2. Mục đích, đối tuợng và phạm vi nghiên cứu. ......................................... 2 3. Phƣơng pháp nghiên cứu. ........................................................................ 2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn. ........................................... 2 5. Bố cục của luận văn. ................................................................................ 3 CHƢƠNG 1: MÔ HÌNH CHUẨN VÀ SỰ MỞ RỘNG MÔ HÌNH CHUẨN . 4 1.1. Mô hình chuẩn ...................................................................................... 4 2.2. Mở rộng mô hình chuẩn. ......................................................................... 9 CHƢƠNG 2: HIỆU ỨNG CỦA RADION LÊN CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ CỦA PHOTON ............................................................................................... 17 3.1. Quá trình tán xạ γγ → γγ với sự tham gia của radion............................ 17 3.2. Quá trình tán xạ Compton với sự tham gia của radion. ........................ 26 3.3. Kết luận chƣơng 3. ................................................................................ 31 CHƢƠNG 3: HIỆU ỨNG CỦA UHẠT LÊN CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ CỦA PHOTON. .............................................................................................. 33 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 39
6. DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1.1. Tỉ số giữa tiết diện tán xạ vi phân trong tán xạ   khi có sự d  d  tham gia của radion( ) và khi không có sự tham gia của radion ( 0 ) d  d  theo các mức năng lượng va chạm.................................................................. 26 Bảng 3.1.2. Tỉ số giữa tiết diện tán xạ toàn phần trong tán xạ khi có sự tham gia của radion ( ) và khi không có sự tham gia của radion( 0 ) theo các mức năng lượng va chạm. ........................................................................ 26 Bảng 4.1.1. Tiết diện tán xạ toàn phần của quá trình với sự ảnh hưởng của U – hạt ở các mức năng lượng khác nhau d u 1.1 1.5 ............ 35 Bảng 4.1.2: Tỷ số giữa tiết diện tán xạ toàn phần trong quá trình khi có sự tham gia của U hạt và khi không có sự tham gia của U hạt ở các mức năng lượng khác nhau với tham số đầu vào .................... 36
7. DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 3.1.1: Giản đồ Feynman cho quá trình tán xạ γγ → γγ khi có sự tham gia   của radion. ...................................................................................................... 17 Hình3.1. 2.Phân bố góc đã được chuẩn hóa của quá trình γγ → γγ có sự tham gia của radion. ................................................................................................ 23 Hình 3.1.3: Đồ thị tiết diện tán xạ toàn phần theo năng lượng va chạm S trong quá trình γγ → γγ có sự tham gia của radion. ....................................... 24 Hình 3.1.4: Sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ toàn phần trongquá trình vào khối lượng radion với = 3TeV, Λφ = 1,5TeV ...................... 24 Hình 3.1.5: Sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ vi phân trong quá trình vào cosθ với = 3TeV, Λφ = 1,5TeV ;mφ= 200GeV ................... 25 Hình 3.2.1: Sơ đồ Feynman của quá trình tán xạ Compton với sự tham gia của radion ....................................................................................................... 27 Hình 3.2.1. Phân bố góc đã được chuẩn hóa của quá trình tán xạ ee với sự tham gia của radion ............................................................................. 29 Hình 3.2.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ toàn phần vào năng lượng va chạm trongquá trình ee  với sự tham gia của radion,với  1T eV ;   = 1,5TeV ; m  = 200GeV . .............................. 30 Hình 3.2.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ toàn phần vào khối lượng radion, với = 3TeV ;  = 1TeV ; = 1,5TeV . ............... 30 Hình 3.2.4: Phân bố góc đã được chuẩn hóa của quá trình tán xạ có sự tham gia của radion,với = 3TeV ; = 1TeV ; = 1,5TeV ... 31 Hình 4.1.1: Giản đồ Feynman cho quá trình tán xạ γγ → γγ khi có sự tham gia của U hạt ......................................................................................................... 33
8. DANH MỤC VIẾT TẮT LHC Máy va chạm hadron MSSM Mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu QCD Sắc động học lƣợng tử QED Điện động học lƣợng tử RS Randall-Sundrum SM Mô hình chuẩn SUSY Siêu đối xứng
9. MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài. Con ngƣời luôn không ngừng mong muốn tìm hiểu thế giới vật chất, vật chất đƣợc hành thành từ cái gì và thứ gì gắn kết chúng với nhau. Trong quá trình nghiên cứu đó con ngƣời đã từng bƣớc khám phá ra cấu trúc của vật chất từ kích thƣớc của nguyên từ 10 6 cm tới kích thƣớc hạt nhân cỡ10 13 cm và kích thƣớc của các nuleon cỡ nhỏ hơn 10 16 cm . Theo đó con ngƣời đã xây dựng đƣợc một mô hình lý thuyết để mô tả toàn cảnh bức tranh vật lý là mô hình chuẩn. Mô hình chuẩn đƣợc coi làlý thuyết thành công trong việc mô tả các quy luật tự nhiên của vật lý ở mọi kích thƣớc và góp phần quan trọng trong việc phát triển của vật lý hạt. Bên cạnh những thành công mô hình chuẩn cũng bộc lộ nhiều thiếu sót nhƣ: mô hình chuẩn không giải thích đƣợc khối lƣợng của quark t, không thể giải thích đƣợc sự xuất hiện của một lƣợng lớn các tham số tự do, sự phân cực trái của các neutrino; sự xuất hiện của các hạt Higg và sự tồn tại của vật chất tối trong vũ trụ . Những lý do trên đã chứng tỏ rằng mô hình chuẩn không thể là lý thuyết cuối cùng của vật lý. Để khắc phục những hạn chế của mô hình chuẩn, ngƣời ta đã mở rộng mô hình chuẩn theo nhiều cách khác nhau. Tuy nhiên các mô hình thành công và đƣợc mong đợi nhiều nhất hiện nay là mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu (MSSM), mở rộng trong không – thời gian 5 chiều và mở rộng khi tính đến bất biến tỷ lệ. Cùng với sự mở rộng mô hình chuẩn các hạt mới liên tục đƣợc tìm ra và chứng minh sự tồn tại của chúng thông qua các cơ chế tán xạ. Vì những lý do trên tôi lựa chọn đề tài “Hiệu ứng của radion và U hạt lên các quá trình tán xạ của photon trong mô hình chuẩn mở rộng” để nghiên cứu. Trong luận văn này, tôi đề cập tới hai loại hạt cơ bản là U hạt và radion. Thông qua việc nghiên cứu các hiệu ứng của chúng và đánh giá mức độ ảnh hƣởng của chúng lên tiết diện tán xạ vi phân vàtoàn phần trong các quá trình tán xạ của photon chúng tôi khẳng định thêm sự tồn tại của radion và U hạt. Kết quả của 1
10. luận văn này sẽ cung cấp một kênh thông tin để tìm các hạt bằng thực nghiệm. 2. Mục đích, đối tuợng và phạm vi nghiên cứu. Trƣớc những hạn chế của mô hình chuẩn, con nguời đã đƣa ra nhiều hƣớng mở rộng khác nhau để khắc phục .Theo mỗi hƣớng mở rộng đều có các hạt mới xuất hiện và cần đƣợc nghiên cứu. Chính vì vậy, mục đích của đề tài này là nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các hạt mới này lên các quá trình tán xạ của photon – quá trình tán xạ kinh điển trong lý thuyết trƣờng, nhằm khẳng định sự tồn tại của chúngthông qua việc đánh giá mức độ ảnh hƣởng của chúng lên tiết diện tán xạ toàn phần, đồng thời chúng minh tính đúng đắn của mô hình chuẩn mở rộng. Dựa vào 3 hƣớng mở rộng mô hình chuẩn đang đƣợc quan tâm nhiều nhất hiện nay là mô hình chuẩn siêu đối xứng 5 chiều, mở rộng trong không – thời gian 5 chiều và mở rộng khi tính đến bất biến tỷ lệ; đối tƣợng nghiên cứu chính của luận văn là các hạt mới bao gồm U hạt và hạt radion. Phạm vi nghiên cứu chính của luận văn là một số quá trình tán xạ kinh điển trong vật lý hạt cơ bản của photon nhƣ quá trình tán xạ  , quá trình tán xạ Compton ee  . 3. Phƣơngpháp nghiên cứu. Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu sau: Các phƣơng pháp của lý thuyết trƣờng lƣợng tử: kỹ thuật giản đồ Feyman, phƣợng pháp khử phân kỳ, phƣơng pháp tái chuẩn hóa. Sử dụng phần mềm matlab 2008 để vẽ đồ thị và xử lý số liệu. Phân tích số liệu bằng đồ thị. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn. Thông qua việc đánh giá sự ảnh hƣởng của radion và U hạt lên tiết diện tán xạ vi phân và toàn phần trongcác quá trình tán xạ của photon, chúng ta thêm một lần khẳng định sự tồn tại của các hạt mới là radion và U hạt; khẳng định các 2