Luận văn Tương tác của higgs với các boson chuẩn trong mô hình 3-3-1 tối thiểu

Nội dung tài liệu: Luận văn Tương tác của higgs với các boson chuẩn trong mô hình 3-3-1 tối thiểu

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 LƢƠNG VĂN QUỲNH TƢƠNG TÁC CỦA HIGGS VỚI CÁC BOSON CHUẨN TRONG MÔ HÌNH 3-3-1 TỐI THIỂU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI, 2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 LƢƠNG VĂN QUỲNH TƢƠNG TÁC CỦA HIGGS VỚI CÁC BOSON CHUẨN TRONG MÔ HÌNH 3-3-1 TỐI THIỂU Chuyên ngành: Vật lí lý thuyết và vật lí toán Mã số: 60 44 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Hà Thanh Hùng HÀ NỘI, 2016
3. LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Vật lý, đặc biệt là các thầy cô giáo Phòng sau Đại học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã quan tâm giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với TS. Hà Thanh Hùng - người thầy đã tận tâm hướng dẫn em hoàn thành luận văn này. Xin gửi tới người thân – gia đình, bè bạn – những người đã luôn động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu lời cảm ơn sâu sắc. Hà Nội, ngày 03 tháng 07 năm 2016 Ngƣời thực hiện Lƣơng Văn Quỳnh
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu 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 cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Lương Văn Quỳnh
5. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 3 3. Nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................................... 4 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 4 5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 4 6.Đóng góp mới ....................................................................................................... 4 CHƢƠNG 1.TÌM HIỂU M HÌNH 3-3-1 TỐI THIỂU .................................... 5 1.1.Sắp xếp các hạt trong mô hình .......................................................................... 5 1.2. Lagrangian c a mô hình ................................................................................... 7 1.3. Các ưu đi m c a mô hình 3-3-1 tối thi u ......................................................... 7 Chƣơng 2.CÁC OSON CHUẨN TRONG M HÌNH 3-3-1 TỐI THIỂU .. 10 2.1. Quy luật biến đổi c a các trường chuẩn ......................................................... 10 2.2. Đạo hàm hiệp biến.......................................................................................... 19 2.3. Các boson chuẩn ............................................................................................. 20 Chƣơng 3. TƢƠNG TÁC CỦA CÁC HIGGS TRONG M HÌNH 3-3-1 TỐI THIỂU .................................................................................................................. 24 3.1. Khối lượng các Higgs ..................................................................................... 24 3.2. Tương tác c a các Higgs với các boson chuẩn .............................................. 33 3.3. Vật lý mới từ các đóng góp c a Higgs và boson chuẩn .................................. 40 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 41
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 43
7. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Mô hình chuẩn đã r t thành công, với các tiên đoán về lý thuyết đã được thực nghiệm ki m chứng như: khối lượng W-boson và Z-boson, góc trộn Weinberg, tham số Michel Đặc biệt, sự hoạt động trở lại c a máy gia tốc LHC đã cho nhiều dữ liệu thực nghiệm hữu ích, góp phần kh ng đ nh sự tồn tại c a Higgs-boson và giải thích nguồn gốc khối lượng c a các hạt trong tự nhiên [6 . Sự kiện này đã mang lại giải Nobel về vật lý năm 2013 cho Francois Englert và Peter W.Higg. Tuy nhiên, mô hình chuẩn vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế, chưa giải tích được các v n đề quan trọng sau: 1 tại sao thế hệ các fermions là 3, 2 sự dao động và khối lượng neutrino khác không, 3 nguồn gốc c a vật ch t tối và năng lượng tối và tính b t đối xứng số baryon c a vũ trụ quan sát được hiện nay. Một trong các hướng phát tri n c a vật lý đ khắc phục các hạn chế trên c a mô hình chuẩn là các mô hình 3-3-1. Các mô hình 3-3-1 dựa trên nhóm đối xứng chuẩn là  đã kế thừa những kết quả đạt được c a mô hình chuẩn đồng thời đang tiếp tục giải quyết các v n đề còn tồn tại c a mô hình chuẩn. Các công bố gần đây c a các mô hình 3-3-1 đã ch ra: khối lượng neutrino s được giải thích qua cơ chế seesaw TeV, vật ch t tối s xu t hiện như là hệ quả c a đối xứng mới trong các mô hình [6 .. Các hạt mới với số lepton s cho rã vi phạm CP dẫn đến cơ chế leptogenesis cho giải tích b t đối xứng số baryon. Ngoài việc giải quyết các v n đề quan trọng trên, một số các kết quả khác cũng xu t hiện một cách r t tự nhiên trong các mô hình 3- 3-1 như là hệ quả t t yếu c a lý thuyết, đó là: số thế hệ các fermions
8. 2 trong mô hình phải là 3, các điện tích được lượng tử hóa, khối lượng và sự dao động c a các neutrinos... Có hai phiên bản c a mô hình 3-3-1, việc phân chia này phụ thuộc vào phần lepton được đưa vào trong mô hình. Phiên bản thứ nh t, gọi là mô hình 3-3-1 tối thi u, được đề xu t bởi Pisano, Pleitez và Frampton vào năm 1992 [1 , trong đó, ta đưa lepton mang điện phân cực phải vào đáy c a ba tam tuyến lepton c a nhóm nhóm . Phiên bản này đòi hỏi ba tam tuyến và một lục tuyến vô hướng Higgs đ thực hiện phá vỡ đối xứng tự phát, sinh khối lượng cho t t cả các fermions. Việc đưa vào lục tuyến Higgs giúp cho việc giải thích nguồn gốc khối lượng c a các hạt một cách rõ ràng. Tuy nhiên, do số lượng lớn các vô hướng xu t hiện trong mô hình dẫn đến việc xác đ nh trạng thái vật lý c a các hạt, cũng như các tính toán từ lý thuyết đ cung c p tín hiệu cho việc tìm kiếm các hạt Higgs từ các máy gia tốc gặp khó khăn. Đây cũng chính là v n đề hiện nay đang được các nhà khoa học quan tâm và tiếp tục phát tri n. Trong [7 , tác giả M.D. Tonasse mới đưa ra các kết quả cho phổ khối lượng các Higgs và khối lượng các fermions gần đúng ở bậc cây tree level . Phiên bản thứ hai được các tác giả Foot, Long và Tuan đề xu t năm 1994, trong đó thành phần thứ ba c a các tam tuyến lepton c a nhóm là các neutrinos phân cực phải [9 . So với phiên bản thứ nh t phiên bản thứ hai có ưu đi m hơn là số lượng các vô hướng đưa vào là ít hơn và giải thích nguồn gốc khối lượng các neutrinos tốt hơn, tương tác c a các boson trung hòa có khối lượng trùng hợp với mô hình chuẩn. Tuy nhiên, hạn chế c a phiên bản này là giới hạn c a góc trộn Weinberg lớn hơn mô hình chuẩn. Hạn chế này vẫn đang được các nhà khoa học phát tri n mô hình này đ khắc phục.
9. 3 Đóng góp c a các Higgs-boson trong các mô hình 3-3-1 đem lại nhiều hiện tượng vật lý mới. Nhiều công bố gần đây dựa vào đóng góp này cho th y giá tr c a một số đại lượng tính toán từ lý thuyết r t phù hợp với giá tr thực nghiệm đo được: mômen từ d thường c a muon g- 2 , khối lượng các neutrinos, hàm trong lý thuyết tái chuẩn hóa Ngoài ra, dựa vào tương tác c a Higgs-boson trong các mô hình 3-3-1 ở các bổ đính bậc cao đã tìm ra các ứng cử viên cho các đối tượng vật lý mới như: vật ch t tối, năng lượng tối, radion, axion Việc tính toán tìm ra các đặc tính mới đ cung c p tín hiệu phục vụ cho việc tìm kiếm các Higgs-boson ở các máy gia tốc cũng đang được hết sức quan tâm. Công trình tìm kiếm Higgs qua kênh rã ra hai photon c a William J. Marciano, Cen Zhang và Scott Winlenbrock [11], hay qua kênh rã ra hai lepton [1 có th coi là khởi đầu cho việc tìm kiếm Higgs-boson, qua đó đ nh hướng cho việc phát tri n các mô hình lý thuyết. Với hướng phát tri n c a khoa học như hiện nay, chúng tôi tập trung vào việc nghiên cứu mô hình 3-3-1 tối thi u có lục tuyến vô hướng, qua đó chúng tôi tìm ra các đặc tính c a Higgs-boson trong mô hình cũng như những đóng góp c a nó. Trên cơ sở tìm ra tương tác c a Higgs với các boson chuẩn, chúng tôi hy vọng s cung c p kết quả quan trọng, tạo cơ sở cho việc nghiên cứu các hiện tượng vật lý mới trong mô hình này cũng như việc tìm kiếm Higgs-boson ở các máy gia tốc. 2. Mục đích nghiên cứu Đề tài cần đạt được các kết quả sau: - Tìm hi u các nội dung cơ bản c a mô hình 3-3-1 tối thi u: nội dung sắp xếp hạt, Lagrangian c a mô hình, thế Higgs c a mô hình
10. 4 - Khối lượng các Higgs trong mô hình 3-3-1 tối thi u. - Tương tác c a Higgs với các boson chuẩn trong mô hình 3-3-1 tối thi u. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm ra khối lượng các Higgs trung hòa và Higgs mang điện trong mô hình 3-3-1 tối thi u. - Xác đ nh tương tác c a Higgs với các boson chuẩn trong mô hình 3-3-1 tối thi u. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là các Higgs và tương tác c a nó trong mô hình 3-3-1 tối thi u. - Phạm vi nghiên cứu là lý thuyết trường và vật lý năng lượng cao. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp Vật lý lý thuyết - Sử dụng các phần mềm Matlab và Mathematical đ tính toán 6. Đóng góp mới - Tương tác c a các Higgsvới các boson chuẩn trong mô hình 3-3-1 tối thi u. Các hiện tượng vật lý trong mô hình 3-3-1 tối thi u thông qua đóng góp c a các Higgs.