Luận văn Sự trộn lẫn trong lý thuyết B - B thống nhất

Nội dung tài liệu: Luận văn Sự trộn lẫn trong lý thuyết B - B thống nhất

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 NGUYỄN MỘNG GIANG CHI SỰ TRỘN LẪN TRONG LÝ THUYẾT THỐNG NHẤT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI. 2017
2. Lời cảm ơn Đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Đỗ Thị Hương, Viện Vật lí, Viện Hàn Lâm và Khoa Học Việt Nam- người đã hết lòng, tận tâm dẫn dắt em, cung cấp cho em những kiến thức nền tảng, giúp em hoàn thành luận văn này. Em xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa Vật lí, các thầy cô giáo ở phòng Sau Đại học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, các giáo sư, tiến sĩ đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu về chuyên môn cũng như kinh nghiệm nghiên cứu khoa học. Em xin được cảm ơn các giáo sư, tiến sĩ thuộc Trung tâm Vật lí lí thuyết Viện Vật lí, Viện hàn Lâm Khoa Học Việt Nam đã giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành luận văn. Xin được cảm ơn Ban giám hiệu trường THPT Kỳ Sơn, tỉnh Hòa Bình đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè đã luôn động viên, sát cánh trong suốt thời gian qua. Em xin chân thành cảm ơn tất cả! Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2017 Học viên Nguyễn Mộng Giang Chi
3. Lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng các số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ và tạo điều kiện cho việc hoàn thành luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên Nguyễn Mộng Giang Chi
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài: ........................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu đề tài: .......................................................................... 2 3. Phương pháp nghiên cứu. .............................................................................. 3 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài. ......................................................................... 3 5. Bố cục của luận văn: ..................................................................................... 3 NỘI DUNG ....................................................................................................... 4 Chương 1: Tổng quan về lí thuyết trường chuẩn .............................................. 6 I. Các khái niệm cơ bản về nhóm đối xứng chuẩn. ........................................... 6 1. Nhóm đối xứng chuẩn và nhóm đối xứng chuẩn định xứ ............................. 6 2. Nhóm đối xứng chuẩn không giao hoán SU(2): ........................................... 6 II. Lí thuyết trường với nhóm đối xứng chuẩn giao hoán. ................................ 7 1.Lí thuyết trường với nhóm U(1).................................................................. 7 2. Lí thuyết trường với nhóm đối xứng chuẩn không giao hoán SU(2): ........ 10 Chương 2: Mô hình chuẩn .............................................................................. 12 I. Đặc điểm của lí thuyết điện từ, lí thuyết mô tả tương tác yếu trước khi có mô hình chuẩn. ................................................................................................ 12 II. Cơ chế phá vỡ đối xứng tự phát và cơ chế Higgs [7]. ................................ 13 1. Ví dụ về cơ chế Higgs với nhóm Abel. ....................................................... 14 2. Ví dụ cơ chế Higgs với trường hợp không Abel. ........................................ 16 III. Mô hình chuẩn. .......................................................................................... 19 1. Tại sao chọn nhóm SU(2)LY U (1) ............................................................... 19
5. 2. Nhóm SU(3) mô tả tương tác mầu. ............................................................. 19 3. Sự sắp xếp các hạt. ...................................................................................... 21 4. Sự phá vỡ đối xứng SU(3)CLY SU (2) U (1) . ..................................................... 23 Chương 3 : Sự trộn lẫn BB trong mô hình chuẩn ........................................ 30 I. Cơ chế GIM và ma trận CKM. .................................................................... 30 1. Cơ chế GIM . ............................................................................................... 30 2. Ma trận CKM. ............................................................................................. 32 II. Dòng mang điện và dòng trung hòa. .......................................................... 35 1. Dòng mang điện .......................................................................................... 35 2. Dòng trung hòa. ........................................................................................... 39 III. Sự trộn lẫn trong mô hình chuẩn. .................................................... 41 1. Thế nào là trạng thái .......................................................................... 41 2. Trộn khối lượng của hai hạt trong Mô hình chuẩn. .................................... 42 3. Trộn khối lượng trong Mô hình mở rộng :.................................................. 47 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................... Error! Bookmark not defined. PHỤ LỤC ........................................................................................................ 58
6. Bảng kí hiệu các chữ viết tắt Chữ viết tắt Kí hiệu Nuclear Resarch Center of Europe CERN Charge Parity CP Cabibbo – Kobayyaski - Maskawa CKM Glashow – Iliopoulos - Maini GIM Glashow – Weiberg - Salam GWS Quan-tum electrodynamics QED Large Hadron Collider LHC Pontecorvo – Maki – Nakagawa - Sakata PMNS Danh mục bảng biểu Bảng 1. Sự sắp xếp các hạt lepton và quark 22 Bảng 2. Hằng số tương tác của boson Z ..40
7. 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài: Mô hình chuẩn của vật lý hạt là một mô hình lý thuyết mô tả các hạt gần 200 hạt dựa trên 31 hạt cơ bản thông qua các tương tác mạnh, yếu, và điện từ . Được phát triển vào những năm đầu của thập niên 1970, mô hình chuẩn dựa trên cơ sở của lý thuyết trường chuẩn với cấu trúc nhóm SU(3)C x SU(2)Lx U(1)Y. Các hệ quả rút ra từ mô hình chuẩn đã được kiểm chứng từ thực nghiệm. Mô hình chuẩn chứa cả hai loại hạt cơ bản là fermion và boson. Fermion là những hạt có spin bán nguyên và tuân thủ theo nguyên lý loại trừ của Wolfgang Pauli, nguyên lý cho rằng không có hai fermion nào có cùng trạng thái lượng tử với nhau. Các hạt boson có spin nguyên và không tuân theo nguyên lý Pauli. Khái quát hóa, fermion là những hạt vật chất còn boson chuẩn là những hạt truyền tương tác. Toàn bộ Mô hình chuẩn cũng dựa vào sự tồn tại của một loại hạt đặc biệt: hạt Higgs. Hạt này bắt nguồn từ một trường vô hình lấp đầy tất cả không gian. Ngay cả khi vũ trụ dường như trống không, trường này vẫn tràn ngập ở đó. Không có nó, chúng ta sẽ không thể tồn tại vì nó "chịu trách nhiệm" cung cấp khối lượng cho các hạt. Lý thuyết do hai nhà khoa học Englert và Higgs đã mô tả quá trình này. Hạt boson Higgs có tầm quan trọng đặc biệt trong Mô hình chuẩn cũng như trong vật lý học nói chung, vật lý hạt nói riêng. Nó là chìa khoá để giải quyết “bí mật” của trọng lượng. Nửa thế kỷ sau dự đoán ban đầu của các nhà khoa học, hạt Higgs cuối cùng đã được phát hiện bằng một chiếc máy gia tốc hạt lớn (LHC) tại trung tâm tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) gần Geneva vào tháng 7 năm 2012 và mang đến cho hai nhà
8. 2 khoa học Francois Englert (Bỉ) và Peter Higgs (Anh) giải thưởng Nobel danh giá. Trong Mô hình chuẩn, dòng trung hòa tạo bởi phô tôn và boson chuẩn trung hòa là bảo toàn tuyệt đối tại gần đúng cây. Tuy nhiên, dòng mang điện gắn liền với các boson chuẩn mang điện W sẽ tạo nên sự thay đổi vị tại gần đúng một vòng thông qua ma trận trộn CKM. Do đó, chúng tạo thành các hiệu ứng trộn của các hạt meson như K meson, B meson và một số quá trình thay đổi vị khác. Trong mô hình chuẩn, dòng trung hòa của  và Z bảo toàn vị ở cấp độ cây, trong khi dòng điện tích của thay đổi vị thông qua ma trận CKM ( nơi mà vị của lepton được bảo toàn). Điều này trực tiếp dẫn đến các quá trình trộn vị của các meson trung hòa như: KKDDBBBB ;;; d d s s và sự phân rã * của các meson hiếm khác như: Bs ; Bs   ; BKKd () . Tất cả các dự đoán mô hình chuẩn như vậy đã được thử nghiệm thực nghiệm cho đến nay, và chúng tương thích hoàn toàn với các dữ liệu hiện có [8]. Tuy nhiên, với sai số thực nghiệm đã giảm trừ, cũng như tăng cường tính toán chính xác QCD và EW, một số đặc tính đã được tìm thấy tại mức độ 23  tương ứng với các quá trình riêng lẻ [2-6]. Trong đó không loại trừ khả năng có sự đóng góp của vật lí mới. Hơn nữa mô hình chuẩn không thể giải thích khối lượng neutrino nhỏ và trộn vị của lepton. Nó cũng thất bại về địa chỉ của vật chất tối bao phủ 25 % mật độ năng lượng của toàn vũ trụ. Trong luận văn này, chúng tôi sẽ tìm hiểu ảnh hưởng của dòng mang điện vào quá trình trộn của B meson trong lý thyết thống nhất các tương tác. 2. Mục đích nghiên cứu đề tài: Mục đích nghiên cứ của đề tài là hiểu rõ hơn về dòng trung hòa thay đổi số vị thông qua việc nghiên cứu quá trình trộn của BB .
9. 3 3. Phương pháp nghiên cứu. Trong quá trình nghiên cứu đề tài này tôi sẽ sử dụng : - Phương pháp lý thuyết trường lượng tử. - Giản đồ Feynman và ứng dụng Mathematica . 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài. Trong quá trình nghiên cứu luận văn giúp chúng ta nâng cao hiểu biết về cấu trúc các hạt cơ bản và các lực tương tác giữa chúng , lý thuyết thống nhất của các tương tác đó. Trên cơ sở đó, chúng tôi khảo sát một quả trình vật lý cụ thể về quá trình trộn vị của các quarks. Luận văn có thể tạo ra bước nghiên cứu chuyên sâu về chuyên ngành vật lý hạt cơ bản và tạo cơ cở cho hướng nghiên cứu chuyên sâu. 5. Bố cục của luận văn: Nội dung Luận văn Thạc sỹ khoa học bao gồm phần mở đầu, ba chương, kết luận, tài liệu tham khảo và một số phụ lục.
10. 4 NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan về lí thuyết trường chuẩn: I. Các khái niệm cơ bản về nhóm đối xứng chuẩn. 1.Nhóm đối xứng chuẩn và nhóm đối xửng chuẩn định xứ. 2. Nhóm đố xứng chuẩn không giao hoán SU(2). II. Lí thuyết trường với nhóm đối xứng chuẩn giao hoán. 1. Lí thuyết trường với nhóm U(1). 2. Lí thuyết trường với nhóm đối xứng chuẩn không giao hoán SU(2). Chương 2: Mô hình chuẩn: I. Đặc điểm của lí thuyết điện từ, lí thuyết mô tả tương tác yếu trước khi có mô hình chuẩn. II. Cơ chế phá vỡ đối xứng tự phát và cơ chế Higgs. 1. Ví dụ về cơ chế Higgs với nhóm Abel. 2. Ví dụ về cơ chế Higgs với nhóm không Abel. III. Mô hình chuẩn 1. Tại sao chọn nhóm SU( ) U( ) . 2. Nhóm SU(3) mô tả tương tác mầu. 3. Sự sắp xếp các hạt. 4. Sự phá vỡ đối xứng SU( ) SU( ) U( ) . Chương III: Sự trộn lẫn trong mô hình chuẩn. I. Cơ chế GIM và ma trận CKM. 1. Cơ chế GIM. 2. Ma trận CKM. II. Dòng mang điện và dòng trung hòa. 1. Dòng mang điện BB 2. Dòng trung hòa. III. Sự trộn lẫn trong mô hình chuẩn.