Luận văn Rã của Z boson trong mô hình G(2-2-1) với quark ngoại lai tựa vector

Nội dung tài liệu: Luận văn Rã của Z boson trong mô hình G(2-2-1) với quark ngoại lai tựa vector

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 ====== NGUYỄN TRUNG VĂN RÃ CỦA Z BOSON TRONG Mễ HèNH G(2-2-1) VỚI QUARK NGOẠI LAI TỰA VECTOR LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI, 2018
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 ====== NGUYỄN TRUNG VĂN RÃ CỦA Z BOSON TRONG Mễ HèNH G(2-2-1) VỚI QUARK NGOẠI LAI TỰA VECTOR Chuyờn ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toỏn Mó số: 8 44 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. HOÀNG NGỌC LONG HÀ NỘI, 2018
3. Lời cÊm ơn Trước tiản, tụi xin bày tỏ lỏng biát ơn chƠn thành và sƠu sưc nhĐt đến GS.TS Hoàng Ngọc Long người thƯy đó trực tiáp giÊng dÔy,hướng dăn và tÔo mọi điều kiằn thuên lủi nhĐt đº tụi hoàn thành bÊn luên vôn này. Tụi xin chƠn thành cÊm ơn cĂc thƯy:PGS.TS Hà Thanh Hựng, TS. Nguyạn Huy ThÊo cú nhiãu giỳp đỡ tụi trong quĂ trẳnh thực hiằn và hoàn thành luên vôn. Tụi xin chƠn thành cĂc quý thƯy cụ trong khoa Vêt Lý trường Đại Học Sư PhÔm Hà Nởi 2 tham gia giÊng dÔy lớp Cao học vêt lý lý thuyát và vêt lý toĂn K20. Tụi xin chƠn thành cÊm ơn cĂc học viản cựng lớp Cao học vêt lý lý thuyát và vêt lý toĂn K20 đặc biằt là học viản Nguyạn Duy Đạo đó giỳp đỡ tụi rĐt nhiãu trong quĂ trẳnh học têp cũng như làm luên vôn. Tụi xin chƠn thành cÊm ơn gia đỡnh, bÔn b± đó động viản tinh thƯn và giỳp đỡ tụi trong quĂ trẳnh học têp và làm luên vôn. Cuối cựng tụi xin chƠn thành cÊm ơn quý thƯy,cụ trong hởi đồng bÊo vằ luên vôn ThÔc Sĩ đ cú nhỳng nhên x²t, đỏnh giĂ và gúp ý cho luên vôn cừa tụi. Hà Nởi, thĂng 06 - 2018 Học viản Nguyạn Trung Vôn
4. Lời cam đoan Tụi xin cam đoan rơng nhỳng số liằu và kát quÊ nghiản cựu thu được 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 18 thĂng 06 nôm 2018 Học viản Nguyạn Trung Vôn
5. Mục lục Lời cÊm ơn Lời cam đoan Danh sĂch thuêt ngỳ viát tưt 1 Mở đầu 2 1 Giới thiằu mụ hẳnh chuân. 5 1.1 Sưp xáp hÔt trong mụ hẳnh. . . . . . . . . . . . . . . . .5 1.2 Khối lượng cho cĂc trường chuân . . . . . . . . . . . . .9 1.3 Tương tĂc cừa Z boson với trường vêt chĐt . . . . . . . . 12 2 R cừa Z boson trong mụ hẳnh G(2-2-1) với quark ngoÔi lai tựa vector 14 2.1 Giới thiằu mụ hẳnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2 Khối lượng cho Z boson . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3 Tương tĂc cừa Z boson với cĂc fermion . . . . . . . . . . 28 2.3.1 Tương tĂc cừa Z boson với cĂc quark . . . . . . . 33 2.3.2 Tương tĂc cừa Z boson với cĂc lepton . . . . . . . 33 2.4 R cừa Z boson hẳnh G(2-2-1) với quark ngoÔi lai tựa vector 33 2.4.1 CĂc kảnh r đó biát cừa Z boson . . . . . . . . . 33
6. 2.4.2 R cừa Z boson trong mụ hẳnh G(2-2-1) với quark ngoÔi lai tựa vector . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3 Mởt số hiằu ựng khÊ dĩ 38 3.1 Bã rụng cừa r Z boson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.2 Hằ quÊ khÊ dĩ đúng gúp cừa sự trởn lăn Z − Z0 vào tham số ρ ............................. 40 Kát luên 43
7. 1 Danh sĂch thuêt ngỳ viát tưt Viát tưt Thuêt ngỳ Br Branching ratio CERN European Organization for Nuclear Research GWS Glashow-Weiberg-Salam LHC Large Hadron Collider QCD Quantum chromodynamics SM Standard Model SSB Spontaneus Symmetry Breaking VEV Vacuum Expectation Value
8. 2 Mé ĐẦU 1. Lý do chọn đã tài Tứ xa xưa con người khụng ngứng tẳm hiºu và khĂm phĂ xem nhỳng hÔt cơ bÊn nào cĐu tÔo nản Thá giới cũng như Vũ trụ cừa chỳng ta,tương tĂc giỳa cĂc hÔt cơ bÊn cú mĐy loÔi ,khi tương tĂc chỳng tương tĂc trực tiáp với nhau hay thụng qua cĂc hÔt truyãn tương tĂc?. Sau rĐt nhiãu nghiản cựu vã lý thuyát cũng như thực nghiằm cĂc nhà khoa học hàng đầu trản thá giới đó đưa ra mụ hẳnh chuân(SM) và thuyát tương đối lớn là nỏng cốt cừa vêt lý đương đại trong viằc nghiản cựu cĂc hÔt co bÊn và nghiản cựu lý thuyát trường lượng tỷ. Trong mụ hẳnh chuân và thuyát tương đối lớn đó thống nhĐt cú bốn loÔi tương tĂc là : tương tĂc mạnh,tương tĂc điện tứ, tương tĂc yáu và tương tĂc hĐp dăn. CĂc hÔt truyãn tương tĂc bao gồm :boson, photon, gluon, cĂc quark... Trong cĂc hÔt truyãn tương tĂc thẳ boson khụng ch¿ truyãn tương tĂc mà bÊn thƠn boson cỏn cú sự sinh và hừy (phƠn rÂ) cừa tự bÊn thƠn nú, mặt khĂc trong mụ hẳnh chuân(SM) dựa trản nhúm đối xựng chuân SU(3)c ⊗ SU(2)L ⊗ U(1)Y cĂc quark và cĂc lepton được chia làm hai loÔi là cĂc hÔt phƠn cực trĂi và cĂc hÔt phƠn cực phÊi. CĂc hÔt phƠn cực trĂi được xáp vào lưỡng tuyán SU(2),
9. 3 cĂc hÔt phƠn cực phÊi được xáp vào đơn tuyán U(1).Ngoài nhỳng thành cụng vang dởi thẳ mụ hẳnh chuân (SM) cỏn cú nhỳng hÔn chá nhĐt định như chưa giÊi thẵch được khối lượng cừa neutrino,chưa giÊi thẵch được cĂc tương tĂc mới, cĂc hÔt cơ bÊn trong mụ hẳn chuân cỏn thiáu so với thực nghiằm vẵ dụ như trong cĂc hÔt quark cú cĂc lưỡng tuyán quark mà thành phƯn trĂi và thành phƯn phÊi bián đổi bián đổi giống nhau theo biºu diạn cừa nhúm SU(2) gọi là quark ngoÔi lai tựa v²c tơ. Tứ đú dăn đến viằc xƠy dựng cĂc mụ hẳnh mới được mở rởng tứ mụ hẳnh chuân(SM) như mụ hẳnh G(2 − 2 − 1);G(3 − 3 − 1);G(3 − 3 − 1 − 1);G(3 − 4 − 1)... Hiằn nay cĂc quark ngoÔi lai tựa vector đang đưủc thực nghiằm quan tƠm đặc biằt [1]. Mụ hẳnh G(2 − 2 − 1) được xƠy dựng trản nhúm đối xựng chuân SU(3)c ⊗ SU(2)1 ⊗ SU(2)2 ⊗ U(1)Y đó và đang nghiản cựu nhiãu tẵn vĐn đề vêt lý mới và thu đưủc nhiãu thành cụng. Trong mụ hẳnh G(2-2-1) thẳ nhúm SU(2)2 là lưỡng tuyán yáu biºu diạn cho cĂc quark ngoÔi lai tựa v²c tơ - đối tượng đang được quan tƠm rởng rÂi. Chẵnh vẳ cĂc lý do trản nản tụi đi đến quyát định chọn đề tài nghiản cựu R cừa Z Boson trong mụ hẳnh G(2-2-1) với quark ngoÔi lai tựa vector 2. Mục đớch nghiản cựu • Nghiản cựu tờng quan vã Z boson trong mụ hẳnh chuân. • Hằ thống lÔi nhỳng nghiản cựu vã mụ hẳnh G(2-2-1). • Sinh khối lượng cừa Z boson và r cừa Z boson trong mụ hẳnh G(2-2-1).
10. 4 • Mởt số hiằu ựng khÊ dĩ cừa Z Boson. 3. Đối tượng và phÔm vi nghiản cựu • Đối tượng nghiản cựu: Sự sinh khối lượng, đỉnh tương tĂc và tương tĂc cừa Z boson với cĂc fermion , sự phƠn r cừa Z boson. • PhÔm vi nghiản cựu: Mụ hẳnh G(2-2-1) cừa vêt lý hÔt cơ bÊn. 4. Phương phĂp nghiản cựu • Nghiản cựu lý thuyát, cụ thº là sỷ dụng lý thuyát trường lượng tỷ, mụ hẳnh chuân, lý thuyát nhúm và cĂc số liằu thực nghiằm vã hÔt cơ bÊn. • Sỷ dụng phƯn mãm hộ trủ tẵnh toĂn Mathematica. 5. Dự kián cĐu trỳc luên vôn Ngoài phƯn mở đầu, kát luên, và tài liằu tham khÊo, phƯn nởi dung cừa luên vôn được chia thành ba chương: