- Trần Thị Mỹ Dung. - SỰ THAM GIA CỦA CÁC HẠT RADION TRONG CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ Ở NĂNG LƢỢNG CAO. - Chuyên ngành:Vật lý lý thuyết và vật lý toán Mã số:60440103. - Đặc biệt là các Thầy trong khoa vật lý lý thuyết, những người Thầy chuẩn mực nhất em từng biết, cùng với tri thức và tâm huyết của mình đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em trong suốtquá trình học tập và hoàn thành luận văn của em.. - Chƣơng 1 - TIẾT DIỆN TÁN XẠ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ. - 1.2.Biểu thức tiết diện tán xạ vi phân. - Chƣơng 2 - MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG CÓ HẠT RADION. - Đỉnh và hàm truyền của radion với tán xạ gamma - gamma. - Chƣơng 3 - QUÁ TRÌNH KHI CÓ SỰ THAM GIA CỦA CÁC HẠT RADION. - Hình 4.1:Sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ vi phân vào cosθ khi có sự. - Bảng số liệu 4.1: Tiết diện tán xạ cho quá trình khi có sự tham gia của radion. - Trần Thị Mỹ Dung 1 MỞ ĐẦU. - Vật lý hạt cơ bản ngày nay là một trong những mũi nhọn hàng đầu của vật lý hiện đại, có mục tiêu tìm hiểu, tiên đoán, phân loại, sắp xếp các thành phần sơ cấp của vật chất và khám phá những đặc tính cũng như những định luật cơ bản chi phối sự vận hành của chúng. - Lĩnh vực này cũng được gọi là vật lý năng lượng cao bởi nhiều hạt cơ bản không xuất hiện ở điều kiện thông thường. - Theo ý nghĩa truyền thống trước đây thì hạt cơ bản là phân tử cuối cùng nhỏ nhất của vật chất không thể phân chia được (không có cấu trúc). - Do đó có thể nêu khái niệm này như sau: hạt cơ bản (hạt sơ cấp) là những hạt mà trong mức độ hiểu biết của con người chưa hiểu rõ cấu trúc bên trong của nó. - Hoặc hạt cơ bản là các hạt có mặt trong. - “bản dữ liệu các hạt” của ủy hội các nhà Vật Lý xuất bản hai năm một lần. - Vậy hạt cơ bản có phải là hạt nhỏ nhất, “cơ bản” nhất trong thế giới vật chất? Thực ra không tồn tại các hạt cơ bản không thể chia nhỏ được, người ta càng đi sâu thì thấy thế giới các hạt cơ bản là vô cùng vô tận. - Và chính những hạt cơ bản là cơ sở của sự tồn tại của vũ trụ vì vậy mà các nhà khoa học đang không ngừng nghiên cứu, nỗ lực mở ra tấm màn bí mật các hạt cơ bản.. - Mô hình chuẩn. - Trong quá trình đi tìm lời giải đáp cho những câu hỏi đó, càng ngày chúng ta càng hiểu rõ hơn về cấu trúc của vật chất từ thế giới vĩ mô qua vật lý nguyên tử và hạt nhân cho tới vật lý hạt. - Các quy luật của tự nhiên được tóm tắt trong Mô hình chuẩn (standard model). - Mô hình này đã mô tả thành công bức tranh hạt cơ bản và các tương tác, góp phần quan trọng vào sự phát triển của vật lý hạt. - Theo mô hình chuẩn, vũ trụ cấu trúc từ 6 hạt quark và 6 hạt nhẹ (lepton) chia đều thành 3 nhóm. - Các hạt đó kết nối nhau nhờ 4 tương tác cơ bản. - Trần Thị Mỹ Dung 2. - Tất cả các hạt cấu trúc và hạt mang tương tác đó đã được thấy trong máy gia tốc, trừ graviton.. - Trong hơn 30 năm qua, kể từ khi Mô hình chuẩn ra đời, chúng ta đã được chứng kiến những thành công nổi bật của nó. - Mô hình này đã đưa ra một số tiên đoán mới và có ý nghĩa quyết định. - Người ta xác nhận rằng các hệ số liên kết giữa W và Z với lepton và quark có giá trị đúng như Mô hình chuẩn đã dự đoán.. - Số liệu thực nghiệm cũng cho thấy rằng khối lượng của hạt Higgs phải bé hơn 260 GeV, phù hợp hoàn toàn với dự đoán theo lý thuyết. - Như vậy, có thể kết luận rằng các quan sát thực nghiệm cho kết quả phù hợp với Mô hình chuẩn ở độ chính xác rật cao. - Mô hình chuẩn cho ta một cách thức mô tả tự nhiên kích thước vi mô cỡ 10 -16 cm cho tới các khoảng cách vũ trụ cỡ 10 28 cm và được xem là một trong những thành tựu lớn nhất của loài người trong việc tìm hiểu tự nhiên.. - Bên cạnh đó, có đến hơn 10 lý do để Mô hình chuẩn - lý thuyết vật lý tốt nhất lịch sử khoa học - không thể là mô hình cuối cùng của vật lý học, trong đó nổi bật là:. - Mô hình chuẩn không giải quyết được các vấn đề có liên quan đến số lượng và cấu trúc các thế hệ fermion. - Cụ thể, người ta không giải thích được tại sao trong Mô hình chuẩn số thế hệ quark – lepton phải là 3 và mối liên hệ giữa các thế hệ như thế nào?. - Theo Mô hình chuẩn thì neutrino chỉ có phân cực trái, ngĩa là không có khối lượng. - Trần Thị Mỹ Dung 3. - Kamiokande công bố năm 1998 đã cung cấp những bằng chứng về sự dao động của neutrino khẳng định rằng các hạt neutrino có khối lượng. - Mô hình chuẩn không giải thích được các vấn đề sự lượng tử hóa điện tích, sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất, sự bền vững của proton.. - Để phù hợp với các sự kiện thực nghiệm, khi xây dựng Mô hình chuẩn, người ta phải dựa vào một số lượng lớn các tham số tự do. - Ngoài ra, lực hấp dẫn với các cấu trúc khác biệt so với các lực mạnh và điện yếu, không được đưa vào mô hình. - Mô hình chuẩn không tiên đoán được các hiện tượng vật lý ở thang năng lượng cao cỡ TeV, mà chỉ đúng ở thang năng lượng thấp vào khoảng 200 GeV. - Mô hình chuẩn không giải thích được tại sao quark t lại có khối lượng quá lớn so với dự đoán. - Về mặt lý thuyết, dựa theo Mô hình chuẩn thì khối lượng của quark t vào khoảng 10 GeV, trong khi đó, năm 1995, tại Fermilab, người ta đo được khối lượng của nó là 175GeV. - Từ những thành công và hạn chế của Mô hình chuẩn, có thể nhận định rằng đóng góp lớn nhất của mô hình này đối với vật lý học là nó đã định hướng cho việc thống nhất các tương tác trong vật lý học hiện đại bằng một nguyên lý chuẩn. - Theo đó, các tương tác được mô tả một cách thống nhất bởi đối xứng chuẩn, còn khối lượng các hạt được giải thích bằng cơ chế phá vỡ đối xứng tự phát ( cơ chế Higgs).. - Mô hình chuẩn mở rộng. - Để khắc phục khó khăn hạn chế của mô hình chuẩn các nhà vật lý lý thuyết đã xây dựng khá nhiều lý thuyết mở rộng hơn như lý thuyết thống nhất (Grand unified theory - GU. - siêu đối xứng (supersymmtry), sắc kỹ (techou - color), lý thuyết Preon, lý thuyết Acceleron…..Mỗi hướng mở rộng Mô hình chuẩn đều có ưu nhược điểm riêng. - Ví dụ, các mô hình mở rộng đối xứng chuẩn không thể trả lời vấn đề phân bậc. - Các mô hình siêu đối xứng có thể giải thích vấn đề này tuy nhiên lại dự đoán vật lý mới ở thang năng lượng thấp ( cỡ TeV. - Ngoài siêu đối xứng, có một hướng khả quan để mở rộng Mô hình chuẩn là lý thuyết mở rộng thêm chiều. - Trần Thị Mỹ Dung 4. - không gian (gọi là Extra Dimension). - Lý thuyết đầu tiên theo hướng này là lý thuyết Kaluza – Klein (1921) mở rộng không gian bốn chiều thành không gian năm chiều, nhằm mục đích thống nhất tương tác hấp dẫn và tương tác điện từ. - Lý thuyết này đã gặp một số khó khăn về mặt hiện tượng luận, tuy nhiên ý tưởng của nó là cơ sở cho các lý thuyết hiện đại sau này như: thống nhất Higgs – Gauge, lý thuyết mở rộng với số chiều không gian lớn (large extra dimension), lý thuyết dây (string theory).. - Trong luận văn này, chúng tôi đề cập đến một trong những lý thuyết đó, gọi là mô hình Radall – Sundrum (RS). - Mô hình này có thể giải thích vấn đề phân bậc, giải thích tại sao hấp dẫn lại rất nhỏ ở thang điện yếu, giải thích tại sao chỉ có ba thế hệ fermion và có sự phân bậc giữa chúng, vấn đề neutrino…Một đặc điểm của mô hình RS là tính bền của bán kính compact cho giải quyết vấn đề phân bậc. - Radion và vật lý gắn với nó là một yếu tố mới trong mô hình. - Chứng minh sự tồn tại của radion khi kể đến đóng góp của nó vào tiết diện tán xạ toàn phần của một quá trình tán xạ là một trong những bằng chứng khẳng định tính đúng đắn của mô hình RS. - Chính vì vậy tôi chọn đề tài “Sự tham gia của các hạt Radion trong các quá trình tán xạ ở năng lượng cao”. - Nội dung luận văn trình bày về quá trình tán xạ khi có sự tham gia của các hạt radion ở năng lượng cao, nhằm mục đích tính được tiết diện tán xạ. - Chương 1.Đưa ra một số kiến thức chung về tiết diện tán xạ.. - Chương 2.Trình bày về mô hình chuẩn mở rộng có hạt Radion. - Chương 3.Xét quá trình tán xạ gamma – gamma khi có sự tham gia của hạt Radion ở năng lượng cao, và tính tiết diện tán xạ. - Từ đó rút ra nhận xét về sự đóng góp của Radion vào việc tính tiết diện tán xạ toàn phần trong phần kết luận.. - Trần Thị Mỹ Dung 5 Chương 4. - Trần Thị Mỹ Dung 6. - Xác suất tán xạ P được định nghĩa như sau:. - trong đó là xác suất tán xạ trong một đơn vị thể tích và được gọi là tiết diện tán xạ toàn phần của quá trình tán xạ. - Xác suất tán xạ P và miền không gian A đều không phụ thuộc vào hệ quy chiếu là khối tâm hay phòng thí nghiệm. - Do vậy, tiết diện tán xạ không phụ thuộc vào hệ quy chiếu ta chọn.. - Trường hợp tán xạ có nhiều hạt tới và nhiều hạt bia, khi đó tốc độ tán xạ R được định nghĩa như sau:. - Trong nhiều trường hợp, ta chỉ quan tâm tới sự tán xạ trong một góc khối. - Ta có khái niệm: Tiết diện tán xạ riêng phần, hay tiết diện tán xạ vi phân . - Do góc khối dΩ phụ thuộc vào hệ quy chiếu cho nên tiết diện tán xạ vi phân phụ thuộc vào hệ quy chiếu.. - Trần Thị Mỹ Dung 7 1.2.Biểu thức tiết diện tán xạ vi phân.. - (1.6) trong đó. - Trần Thị Mỹ Dung 8 Từ đó suy ra. - Tiết diện tán xạ vi phân. - trong đó. - Trần Thị Mỹ Dung 9 trong đó. - Xét quá trình tán xạ với hai hạt ở trạng thái đầu có xung lượng là ( p p 1 , 2. - khối lượng ( m m 1 , 2. - khối lượng ( m m 3 , 4. - Nếu quan tâm đến xác suất tán xạ theo một phương nào đó. - Trần Thị Mỹ Dung 10 Do đó. - Đối với các hạt không có spin, sự phụ thuộc của ma trận M vào xung lượng chỉ thông qua bất biến Lorentz bởi các biến s,t và u được gọi là các biến Mandelstam được định nghĩa như sau:. - Hà Huy Bằng (2010), Lý thuyết trường lượng tử, NXB Đại Học Quốc Gia, Hà Nội.. - Nguyễn Xuân Hãn (1998), Cơ sở lý thuyết trường lượng tử,NXB Đại Học Quốc Gia, Hà Nội.. - Hoàng Ngọc Long (2008), Cơ sở vật lý hạt cơ bản, NXB Thống Kê, Hà Nội.. - Trần Thị Mỹ Dung 11 Tiếng Anh