- ỨNG CỬ VIÊN VẬT CHẤT TỐI TRONG MÔ HÌNH PHÁ VỠ SIÊU ĐỐI XỨNG. - Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán Mã số: 60440103. - Con người luôn luôn mong mỏi hiểu hết được mọi điều từ những thành phần nhỏ bé như các hạt cơ bản đến những siêu thiên hà bên ngoài vũ trụ bao la. - Ngoài việc xây dựng những cỗ máy đắt tiền phục vụ công tác phòng thí nghiệm thì việc nghiên cứu các mô hình, lý thuyết cũng luôn được các nhà khoa học chú ý tới. - Trong số đó lý thuyết trường là công cụ hữu hiệu để nghiên cứu thế giới siêu nhỏ- hạt cơ bản. - Những nghiên cứu về lý thuyết cũng như thực nghiệm trong vật lý hạt cơ bản cho ta hiểu biết về vũ trụ ở thời kỳ sơ khai. - Trong thời kỳ đầu khi vũ trụ bắt đầu hình thành, các hạt có năng lượng rất lớn. - Chính trong khoảng thời gian này lý thuyết hạt cơ bản cho biết về quy luật chi phối sự vận động của các hạt cũng như cách thức tương tác giữa chúng.. - Việc con người bỏ ra hàng chục tỷ USD cho việc xây dựng và vận hành máy gia tốc hạt lớn (Large Hadron Collider-LHC) cho thấy mong muốn tìm hiểu về các loại hạt cơ bản nhỏ bé của loài người rộng lớn đến thế nào. - Mục đích của việc xây dựng cỗ máy đồ sộ cần nhiều công sức của các nhà khoa học này là để kiểm chứng sự chính xác của mô hình chuẩn cũng như những mô hình mở rộng của nó trong vật lý hạt. - Và đến tháng 10 năm 2013 giải Nobel Vật lý đã được chính thức trao cho hai nhà vật lý có công trình khám phá hạt cơ bản của vũ trụ- hạt Higgs là nhà vật lý người Anh Peter Higgs và nhà vật lý người Bỉ Francois Englert.. - Thời gian gần đây vũ trụ học và vật lý thiên văn hạt đang tập trung nghiên cứu và tìm kiếm loại vật chất còn ít được biết đến là vật chất tối.. - Đúng như tên gọi, vật chất tối là loại vật chất mà sự hiểu biết về chúng còn rất ít nhưng vật chất tối lại vô cùng quan trọng vì nó chiếm tới 70%. - toàn bộ vật chất trong vũ trụ, gây ra ảnh hưởng hấp dẫn lớn hơn rất nhiều so với các loại vật chất thông thường. - Do đó những hiểu biết về vật chất tối sẽ đem lại những hiểu biết sâu sắc về sự hình thành cấu trúc vũ trụ từ lúc vũ trụ bắt đầu cho tới nay. - Trong bối cảnh này, chúng tôi quan tâm nghiên cứu những mô hình vật lý hạt cơ bản có thể tiên đoán sự tồn tại. - 4 của vật chất tối và lựa chọn đề tài nghiên cứu là: “Ứng cử viên vật chất tối trong mô hình phá vỡ siêu đối xứng”. - Phạm vi nghiên cứu của đề tài là mô hình mở rộng siêu đối xứng của mô hình chuẩn.. - Phương pháp nghiên cứu là lý thuyết trường, lý thuyết nhóm, phương trình nhóm tái chuẩn hóa, các công cụ lập trình trên máy tính để tính toán tìm phổ khối lượng từ đó biện luận tìm ra hạt phù hợp làm ứng cử viên vật chất tối.. - Mục đích của bản luận văn là khảo sát một mô hình siêu đối xứng cụ thể trong đó khối lượng hạt Higgs có giá trị phù hợp với giá trị đo đạc được từ thí nghiệm ATLAS, CMS ở máy gia tốc LHC cũng như tìm kiếm ứng cử viên vật chất tối phù hợp với một số ràng buộc thực nghiệm.. - Bản luận văn có ý nghĩa khoa học là nâng cao hiểu biết về vật lý hạt cơ bản và ứng cử viên vật chất tối. - Chương 1 trình bày về tổng quan khái niệm về hạt cơ bản và các tương tác giữa chúng. - Phần 1.1: Trình bày khái niệm hạt cơ bản. - Phần 1.2: Đề cập tới các tương tác giữa các hạt cơ bản như trong 1.2.1: Tương tác điện từ. - 1.2.2: Tương tác yếu. - 1.2.3: Tương tác mạnh.. - 1.2.4: Tương tác hấp dẫn.. - Chương 2 giới thiệu về mô hình chuẩn của các hạt cơ bản là sự kết hợp của ba loại tương tác mạnh, yếu và điện từ. - Phần 2.1: Giới thiệu về các thế hệ và cấu trúc hạt trong mô hình chuẩn. - Phần 2.2: Trình bày Lagrangian toàn phần. - 2.2.6: Tương tác Yukawa. - 5 bày các thành công và hạn chế của mô hình này cần được khắc phục trong các mô hình tương lai.. - Chương 3 trình bày về mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu. - Phần 3.1: Khái niệm tổng quát về siêu đối xứng. - Phần 3.2: Giới thiệu cấu hình hạt và bạn đồng hành siêu đối xứng của mô hình này. - Phần 3.3: Trình bày Lagrangian tổng quát của mô hình siêu đối xứng tối thiểu và giới thiệu cụ thể các công thức lagrangian thành phần như trong 3.3.1: Thế Kaler.. - 3.3.2: Siêu thế cho mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu có dạng tương tác Yukawa. - 3.3.4: Lgrangian của phá vỡ siêu đối xứng mềm. - 3.3.5: Trình bày các phương trình nhóm tái chuẩn hóa của mô hình siêu đối xứng tối thiểu. - 3.3.6: Ma trận khối lượng. - Các phương trình nhóm tái chuẩn hóa và các ma trận khối lượng của mô hình này phục vụ cho việc tính toán ở chương 4.. - Chương 4 trình bày cụ thể về ứng cử viên cho vật chất tối trong mô hình phá vỡ siêu đối xứng. - Phần 4.1: trình bày vật chất tối. - 4.1.1: Khái niệm vật chất tối. - 4.1.2: Vật chất tối baryon và nonbaryonic. - 4.1.3: Các bằng chứng quan sát được chứng minh sự tồn tại vật chất tối. - 4.1.4: Phân loại vật chất dựa vào độ dài suy giảm vận tốc của chúng so với kích thước đặc trưng của một thiên hà nguyên thủy. - Phần 4.2: Trình bày về MSSM ràng buộc và R-parity. - Trình bày các kết quả của các tính toán bằng cách sử dụng các phần mềm máy tính là các đồ thị của các số hạng phá vỡ siêu đối xứng mềm và phổ khối lượng các hạt. - 4.3.2: Phổ khối lượng và ứng cử viên vật chất tối. - Từ các thông số trong bảng khối lượng các hạt siêu đồng hành trong mô hình MSSM ràng buộc ta biện luận rút ra được ứng cử viên phù hợp với vật chất tối.. - Chƣơng 1 TỔNG QUAN HẠT CƠ BẢN VÀ TƢƠNG TÁC GIỮA CHÚNG. - Hạt cơ bản. - Hạt cơ bản là những hạt vi mô mà cho tới nay cấu trúc thành phần của nó vẫn chưa được biết đến, do đó chưa biết nó được cấu thành từ những hạt. - Vì thế hạt cơ bản được coi là tồn tại như một hạt nguyên vẹn, đồng nhất không thể tách thành các thành phần nhỏ hơn. - Trong vật lý hiện đại thì cho tới nay các hạt như quark, lepton, gauge boson, photon là các hạt cơ bản.. - Lepton là hạt có spin bán nguyên và không tham gia tương tác mạnh.. - Có 12 loại lepton được biết đến, bao gồm 3 loại hạt vật chất là electron, muon và tauon , cùng 3 neutrion tương ứng và 6 phản hạt của chúng. - Các quark tương tác với nhau bởi lực màu (color force). - Gauge boson là nhóm các hạt cơ bản trong họ Boson có nhiệm vụ thực hiện tương tác giữa các hạt, nên còn gọi là hạt truyền tương tác. - Các lực cơ bản của tự nhiên được truyền bởi các hạt gauge boson. - Graviton có spin 2, được cho là hạt truyền tương tác trong lực hấp dẫn và được dự đoán bởi thuyết hấp dẫn lượng tử.. - Đặc biệt là hạt Higgs boson có spin 0, được dự đoán bởi mô hình chuẩn của thuyết điện yếu thống nhất đã được thực nghiệm phát hiện ra với khối lượng đo đạc được là. - Tƣơng tác giữa các hạt cơ bản. - Tương tác cơ bản hay lực cơ bản là các loại lực của tự nhiên mà tất cả mọi lực, khi xét chi tiết, đều quy về các loại lực này. - Mô hình vật lý hiện đại cho thấy có bốn loại tương tác cơ bản trong tự nhiên: tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ, tương tác mạnh và tương tác yếu.. - Tương tác điện từ. - Tương tác điện từ hay lực điện từ là một trong bốn tương tác cơ bản của tự nhiên. - Về cơ bản, cả lực điện và lực từ đều được miêu tả dưới dạng một lực truyền với sự có mặt của hạt truyền tương tác là quang tử.. - Tương tác yếu. - Tương tác yếu hay lực yếu xảy ra ở mọi hạt cơ bản trừ các hạt photon và gluon, ở đó có sự trao đổi của các hạt truyền tương tác là các W boson và Z boson.. - Tương tác mạnh. - Tương tác mạnh hay lực mạnh là một trong bốn tương tác cơ bản của tự nhiên. - Lực này được chia làm hai thành phần, lực mạnh cơ bản và lực mạnh dư. - Lực tương tác mạnh ảnh hưởng bởi các hạt quark, phản quark và gluon-hạt truyền tương tác của chúng.. - Tương tác hấp dẫn. - Trong vật lý học, lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật chất. - Chƣơng 2 MÔ HÌNH CHUẨN CỦA CÁC HẠT CƠ BẢN 2.1. - Các thế hệ và cấu trúc hạt trong mô hình chuẩn. - Đây là lý thuyết kết hợp hai lý thuyết của các hạt cơ bản thành một lý thuyết duy nhất mô tả tất cả các tương tác dưới mức nguyên tử, trừ tương tác hấp dẫn. - Hai thành phần của mô hình chuẩn là lý thuyết điện từ yếu. - 8 mô tả tương tác điện từ và tương tác yếu, sắc động học lượng tử (QCD:. - Quantum Chromodynamics) mô tả tương tác mạnh. - Cả hai lý thuyết đều là lý thuyết gauge, trong đó, tương tác được thực hiện bởi các boson truyền có spin bằng 1. - Nhóm đối xứng chuẩn cho Mô hình chuẩn là:. - Bảng 2.1: Cấu trúc hạt của mô hình chuẩn. - Các hạt. - Lagrangian toàn phần của lý thuyết gồm. - Ta chú ý rằng đối với lepton thì chỉ có phần trái mới tham gia tương tác yếu, trong khi cả hai phần trái và phải của lepton đều tham gia tương tác điện từ. - Phần tương tác mạnh sẽ diễn tả bằng Lagrangian của sắc động lực học với nhóm chuẩn . - Trong đó màu tích là nguồn của tương tác.. - Trong mô hình chuẩn, nhóm chuẩn được chọn là nhóm tích trực tiếp. - Tương tác yếu là tương tác tầm gần nên hạt truyền tương tác yếu phải có khối lượng. - Tương tác Yukawa. - Để cho các fermion có khối lượng, ta xây dựng tương tác Yukawa và xây dựng tương tác này bằng tay. - Tuy nhiên tương tác này phải bất biến với nhóm , và nhóm . - Như vậy các dòng mang điện có dạng V-A như trong tương tác yếu và chỉ có các fermion trái trong lưỡng tuyến tham gia. - Dòng trung hòa tương tác với Z boson:. - Hoàng Ngọc Long (2003), Nhập môn lý thuyết trường và mô hình thống nhất tương tác điện yếu, NXB Khoa học và kỹthuật.. - Phạm Thúc Tuyền (2007), Lý thuyết Hạt cơbản, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội.