Quá trình rã ho µ ± τ ∓ trong một số mô hình chuẩn mở rộng la tiến sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRƯƠNG TRỌNG THÚC QUÁ TRÌNH RÃ h0 → µ±τ ∓ TRONG MỘT SỐ MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Mã chuyên ngành: 62 44 01 03 Người hướng dẫn khoa học: PGS. Nguyễn Thanh Phong GS. Hoàng Ngọc Long Hà Nội - 2017 i Lời cảm ơn Trước tiên, tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS. Nguyễn Thanh Phong và GS.

Hoàng Ngọc Long, những người đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian tôi làm NCS. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Lê Thọ Huệ vì đã hợp tác và giúp tôi rất nhiều trong các công trình nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn TS.

Phùng Văn Đồng và TS. Đỗ Thị Hương đã tận tình giúp đỡ và chia sẻ nhiều kiến thức chuyên môn quý báu cho tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu. Xin cảm ơn Khoa sau Đại học Viện Vật lý-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi kiều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành các thủ tục hành chính và bảo vệ luận án. Tôi xin cám ơn Trường THPT Phú Hưng đã tạo điều kiện và động viên tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu.

Cuối cùng, tôi gửi lời cám ơn đến tất cả người thân trong gia đình đã ủng hộ, động viên tôi cả vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian tôi học tập. Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2017 Trương Trọng Thúc ii Lời cam đoan Tôi xin bảo đảm luận án này gồm các kết quả chính mà bản thân tôi đã thực hiện trong thời gian làm nghiên cứu sinh. Cụ thể, phần Mở đầu và Chương 1 là phần tổng quan giới thiệu những vấn đề trước đó liên quan đến luận án. Trong Chương 2 tôi đã sử dụng một phần kết quả đã nghiên cứu trước đó với phần mà tôi đã thực hiện cùng với thầy hướng dẫn và đồng sự TS.

Lê Thọ Huệ. Chương 3 và Chương 4 tôi sử dụng các kết quả đã thực hiện cùng với thầy hướng dẫn và đồng sự TS. Lê Thọ Huệ. Cuối cùng, tôi xin khẳng định các kết quả có trong luận án “Các quá trình hiếm của Vật lý mới” là kết quả mới không trùng lặp với kết quả của các luận án và công trình đã có.

Trương Trọng Thúc iii Mục lục Lời cám ơn i Lời cam đoan ii Các ký hiệu chung vi Danh sách bảng vii Danh sách hình vẽ viii PHẦN MỞ ĐẦU 1 1 TỔNG QUAN 7 1.1 Boson Higgs trong mô hình chuẩn .2 Nguồn vi phạm số lepton thế hệ trong các mô hình chuẩn mở rộng. 16 2 BIỂU THỨC TỶ LỆ RÃ NHÁNH VÀ HÀM PASSARINO VELTMAN CHO RÃ h0 → τ ± µ∓ 22 iv 2.1 Biểu thức giải tích tỷ lệ rã của boson Higgs .2 Hàm giải tích Passarino-Veltman bậc một vòng. 24 3 RÃ h0 → µ± τ ∓ TRONG MÔ HÌNH 3-3-1 VỚI NEU- TRINO NẶNG 32 3.1 Cấu trúc hạt trong mô hình .2 Phổ khối lượng của các hạt .1 Khối lượng của các lepton .2 Khối lượng của các boson chuẩn .3 Vi phạm số lepton thế hệ trong phân rã h0 → µ± τ ∓ .4 Kiểm tra khử phân kỳ .5 Khảo sát số và thảo luận .1 Thiết lập các tham số .2 Kết quả số và biện luận. 61 4 RÃ h0 → µ± τ ∓ TRONG MÔ HÌNH NEUTRINO NHẬN KHỐI LƯỢNG TỪ BỔ ĐÍNH 63 4.1 Cấu trúc hạt trong mô hình .2 Phổ khối lượng của các hạt .3 Vi phạm số lepton thế hệ trong phân rã h0 → µ± τ ∓ .4 Khảo sát số và thảo luận .1 Thiết lập các tham số .2 Kết quả số và biện luận.

81 KẾT LUẬN CHUNG 83 Danh sách các công bố của tác giả 85 Tài liệu tham khảo 86 A Biên độ phân rã của rã h0 → µ± τ ∓ 96 A.1 Biên độ phân rã của các giản đồ Feynman trong mô hình 3-3-1 với neutrino nặng .2 Biên độ phân rã của các giản đồ Feynman trong mô hình neutrino nhận khối lượng từ bổ đính. 112 vi Các ký hiệu chung Trong luận án này tôi sử dụng các ký hiệu sau: Viết tắt Tên SM Standard model (Mô hình chuẩn) LFV Lepton flavor violating (Vi phạm số lepton thế hệ) BR Branching ratio (Tỷ lệ rã nhánh) VEV Vacuum expectation value (Giá trị trung bình chân không) LHC Large Hadron Collider (Máy gia tốc lớn Hadron) SUSY Supersymmetry (Siêu đối xứng) 3-3-1 model with heavy neutrinos (Mô hình 3-3-1 với 3-3-1HN neutrino nặng) Radiative neutrino model (Mô hình neutrino nhận khối RNM lượng từ bổ đính) Minimal Supersymmetric Standard Model (Mô hình chuẩn MSSM siêu đối xứng tối thiểu) PV Passarino-Veltman GIM Glasshow-Iliopoulos-Maiani vii Danh sách bảng 1.1 Hệ số đỉnh tương tác liên quan boson Higgs SM .1 Hệ số đỉnh tương tác liên quan đến quá trình rã h0 → µ± τ ∓ trong chuẩn unitary. Quy ước chiều xung lượng luôn đi vào đỉnh tương tác, trong đó λh0 H1 H1 = sα c2θ λ12 + 2s2θ λ2 − √ √ 2(2cα c2θ λ1 + s2θ λ12 )tθ − cθ sθ vf3 2.1 Lepton và các trường vô hướng trong mô hình được đề xuất bởi [49]. Trong đó, các ký hiệu L′Li và νL′ i biểu thị các trạng thái thế hệ, νLi là trạng thái khối lượng.2 Hệ số đỉnh tương tác liên quan đến quá trình rã h0 → µ± τ ∓ trong chuẩn ’t Hooft-Feynman.

69 viii Danh sách hình vẽ 2.1 Quy ước chiều xung lượng của các đường trong cho quá trình rã h0 → µ± τ ∓ .1 Các quy tắc Feynman cho quá trình rã h0 → µ± τ ∓ trong chuẩn unitary. Quy ước chiều xung lượng luôn đi vào đỉnh tương tác.2 Các giản đồ Feynman cho đóng góp vào quá trình rã h0 → µ± τ ∓ trong chuẩn unitary, trong đó h0 là boson Higgs trung hòa chẵn CP bất kỳ, bao gồm cả boson Higgs giống SM.3 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ rã nhánh của rã h0 → µ± τ ∓ là hàm của biến mν1 (đồ thị trái) và mH2± (đồ thị phải), trong đó chỉ tính đóng góp bậc một vòng từ các neutrino thông thường.4 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ rã nhánh của quá trình rã h0 → µ± τ ∓ là hàm của biến mN2 /v3. Giá trị mH2± = 2 (hoặc 20) TeV tương ứng đồ thị bên trái (đồ thị phải).5 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ rã nhánh của quá trình rã h0 → µ± τ ∓ là hàm của biến mH2±. Giá trị mN2 /v3 = 0.6 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ rã nhánh của rã h0 → µ± τ ∓ là hàm của biến v3.

Giá trị mN2 /v3 = 0.7 Hình vẽ đường bao mô tả Br(h0 → µ± τ ∓ ) là hàm của biến v3 (hoặc mH2± ) tương ứng đồ thị bên trái (đồ thị phải) .1 Quy tắc Feynman cho quá trình h0 → µ± τ ∓ trong chuẩn ’t Hooft-Feynman. Các ký hiệu: i) S = Gw , h± 1 , h2 ; ii) ± Kab = (yLT U L )ab và (yRT )ab tương ứng các neutrino thông thường và các neutrino mới; iii) f = ea , νa, Na; Fa = νa , Na. Quy ước chiều xung lượng luôn đi vào đỉnh tương tác.2 Các giản đồ Feynman cho quá trình rã h0 → µ± τ ∓. Trường trong ngoặc đơn và trường ngoài không xuất hiện trong cùng giản đồ.3 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ rã nhánh Br(h0 → µ± τ ∓ ) là hàm theo 0.14mh±1 biến mh±1 , trong đó (yL )23 = (đồ thị trái) và (yL )23 1 TeV với v ′ = 10 TeV (đồ thị phải).4 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ rã nhánh là hàm theo biến yR ′ (đồ thị trái) và mh±2 (đồ thị phải).

Các đóng góp vào Br(h0 → µ± τ ∓ ) từ các vòng N h± 2 h2 Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn tỷ lệ rã nhánh là hàm theo biến yR ′ (đồ thị trái) và mN2 (đồ thị phải), các đóng góp vào Br(h0 → µ± τ ∓ ) từ các vòng h± 2 N N Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn các tỷ lệ rã nhánh Br(h0 → µ± τ ∓ ) với đóng góp toàn phần là hàm theo từng biến mN2 , λ, sα và yR ′ .7 Hình vẽ đường bao của tỷ lệ rã nhánh Br(h0 → µ± τ ∓ ) như là hàm theo biến v ′ (đồ thị trái) và f = mN2 /v ′ (đồ thị phải). Vùng màu xanh lá cây biểu thị giá trị 10−5 ≤ Br(h0 → µ± τ ∓) ≤ 10−4 và xanh da trời biểu thị giá trị Br(h0 → µ± τ ∓ ) ≥ 10−4. 81 1 PHẦN MỞ ĐẦU Trong vật lý hạt cơ bản, các hạt cơ bản và các lực tương tác sinh ra thế giới vật chất. Để giải thích tính chất của các hạt này và sự tương tác giữa chúng, các nhà vật lý xây dựng được lý thuyết mô hình chuẩn (SM) dự đoán hầu hết các hạt đã biết và được thực nghiệm xác nhận với độ chính xác rất cao.

Vì thế, SM được xem là một mô hình lý thuyết hạt cơ bản thành công. Thêm vào đó, ngày 14 tháng 07 năm 2012 máy gia tốc lớn Hadron (LHC) thông báo đã phát hiện ra hạt mới có khối lượng khoảng 125 GeV [24, 25, 75, 77], có đặc tính giống hạt boson Higgs SM nên gọi là boson Higgs giống SM và ngày 15 tháng 03 năm 2013 họ đã khẳng định đây là hạt boson Higgs. Việc phát hiện ra hạt boson Higgs được xem như đã tìm được mảnh ghép cuối cùng của SM, và nó trở thành một lý thuyết rất đẹp của Vật lý hạt. Điều đó một lần nữa khẳng định sự thành công của SM, đồng thời mở ra kỷ nguyên mới cho những nghiên cứu liên quan đến quá trình rã boson Higgs.

Ví dụ như h → f¯f , h → V V với V = W, Z và h → γγ ,.Tuy nhiên, các nhà thực nghiệm cần phải có thời gian nghiên cứu thêm, thu thập nhiều số liệu để xác định xem hạt boson Higgs giống SM mà LHC tìm thấy chỉ đặc trưng cho SM hay đến từ mô hình thống nhất mở rộng nào khác. Hiện nay, các số liệu thực nghiệm dùng để xác định tính chất tương tác của boson Higgs vẫn có thể xuất 2 hiện tín hiệu vật lý mới, trong phạm vi sai số cho phép so với dự đoán từ SM.