Luận án tiến sĩ vật lý: Hiệu ứng vật lý mới trong mô hình 3-3-1 tiết kiệm cải tiến của Lê Đức Thiện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ --------------- LÊ ĐỨC THIỆN HIỆU ỨNG VẬT LÝ MỚI TRONG CÁC MÔ HÌNH 3-3-1 TIẾT KIỆM CẢI TIẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HÀ NỘI - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ --------------- LÊ ĐỨC THIỆN HIỆU ỨNG VẬT LÝ MỚI TRONG CÁC MÔ HÌNH 3-3-1 TIẾT KIỆM CẢI TIẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Mã số: 62 44 01 03 Người hướng dẫn khoa học: PGS. Phùng Văn Đồng GS. Đặng Văn Soa HÀ NỘI - 2020 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. Phùng Văn Đồng và GS.

Đặng Văn Soa đã tận tình hướng dẫn tôi học tập, nghiên cứu, chia sẻ những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi học tập và hoàn thành luận án này Tôi chân thành cảm ơn GS. Hoàng Ngọc Long và PGS. Đỗ Thị Hương đã giúp đỡ chỉ bảo ân cần tận tình cho tôi. Thầy cô và các anh chị đã giúp tôi trang bị những kiến thức chuyên môn quan trọng, chỉ bảo tôi những điều cần thiết cho một người nghiên cứu.

Những điều mà tôi học được từ các thầy cô và các anh chị sẽ là hành trang vô cùng quan trọng trên con đường học tập và nghiên cứu sau này. Tôi xin cảm ơn các thành viên trong Nhóm Lý thuyết trường và Hạt cơ bản - Trung tâm Vật lý lý thuyết - Viện Vật lý - Học viện Khoa học và Công nghệ đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi làm nghiên cứu sinh. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn PGS. Phùng Văn Đồng, PGS.

Đỗ Thị Hương, TS. Đinh Nguyên Dinh, và một số đồng nghiệp đã cộng tác, đồng ý cho tôi sử dụng các công bố chứa các kết quả liên quan đến nội dung luận án. Tôi xin cảm ơn các đồng chí lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Trường THPT chuyên Hoàng Văn Thụ, thành phố Hoà Bình, tỉnh Hoà Bình đã có những hỗ trợ, động viên cần thiết trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh. Tôi xin cảm ơn các đồng chí lãnh đạo và các nhân viên Viện Vật lý - Học viện Khoa học và Công nghệ đã giúp đỡ tôi hoàn thành các thủ tục hành i chính trong quá trình học tập, nghiên cứu, và bảo vệ luận án.

Cuối cùng, tôi xin dành sự biết ơn tới gia đình đã luôn động viên, ủng hộ, và hỗ trợ vô điều kiện về mọi mặt để tôi có thể yên tâm nghiên cứu và hoàn thành luận án này. ii LỜI CAM ĐOAN Luận án này được tôi hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS. Phùng Văn Đồng và GS. Tôi xin cam đoan những kết quả trình bày trong luận án là do bản thân tôi đã thực hiện trong thời gian làm nghiên cứu sinh.

Cụ thể, chương 1 là phần tổng quan giới thiệu những vấn đề cơ sở có liên quan đến luận án. Trong chương 2, tôi sử dụng các kết quả nghiên cứu mà tôi đã thực hiện cùng với PGS. Phùng Văn Đồng, TS. Nguyễn Thị Kim Ngân, TS.

Trần Đình Thám, và TS. Nguyễn Thị Thuý. Trong chương 3, tôi sử dụng các kết quả nghiên cứu mà tôi đã thực hiện cùng với thầy hướng dẫn PGS. Phùng Văn Đồng, PGS.

Đỗ Thị Hương, TS. Đinh Nguyên Dinh. Cuối cùng, tôi xin khẳng định các kết quả có trong luận án "Hiệu ứng vật lý mới trong các mô hình 3-3-1 tiết kiệm cải tiến" là kết quả mới, không trùng lặp với kết quả của các luận án và công trình đã có. Tác giả luận án Lê Đức Thiện iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tên ATLAS A Toroidal LHC ApparatuS CKM Cabibbo-Kobayashi-Maskawa CMS Compact Muon Solenoid DCH Higgs tích điện đôi FCNCs Dòng trung hòa thay đổi vị LFV Vi phạm vị lepton LHC Máy gia tốc năng lượng cao LNC Bảo toàn số lepton thế hệ S331 Mô hình 3 − 3 − 1 đơn giản F331 Mô hình 3 − 3 − 1 đảo QCD Sắc động học lượng tử SCH Higgs tích điện đơn SM Mô hình chuẩn SSB Phá vỡ đối xứng tự phát VEV Giá trị trung bình chân không iv MỤC LỤC Lời cảm ơn.

i Lời cam đoan. iii Danh mục các từ viết tắt. iv Danh sách bảng. vii Danh sách hình vẽ.

Mô hình chuẩn và các tồn tại. Mô hình chuẩn. Khối lượng neutrino. Bất đối xứng vật chất phản vật chất.

Vật chất tối và năng lượng tối. Trộn meson trung hòa và vật lý B. Thực nghiệm LHC. Cập nhật nghiên cứu.

Đề xuất vấn đề nghiên cứu .Kết luận chương 1. Mô hình 3-3-1 đơn giản với các vô hướng trơ. Tương tác giữa fermion với boson chuẩn. Tương tác của vô hướng với boson chuẩn.

Tự tương tác của các trường vô hướng và tương tác Yukawa. Hiện tượng luận. Hạt Higgs giống trong mô hình chuẩn. Hệ trộn Bs -B̄s và kênh rã hiếm Bs → µ+ µ−.

Bổ đính cho rã β với Z ′ như là nguồn gây nên vi phạm unita ma trận CKM. Tìm kiếm Z ′ tại LEPII. Tìm kiếm hạt mới tại LHC. Mô hình 3-3-1 đảo.

Mô hình 3 − 3 − 1 đảo tổng quát. Đề xuất mô hình. Vật chất tối. Khối lượng neutrino.

Hiện tượng luận. Rã lepton ra ba hạt. Sự chuyển đổi µ − e trong hạt nhân. Ràng buộc cho các tương tác neutrino không chuẩn.

Tìm kiếm dilepton và dijet tại LHC. Vật chất tối. 82 Kết luận chung. 84 Những đóng góp mới của luận án.

88 Danh mục các công trình đã công bố. 89 Tài liệu tham khảo. 90 vi DANH SÁCH BẢNG 2.1 Hằng số tương tác của Z với fermion.2 Hằng số tương tác của Z ′ với fermion.3 Tương tác của một boson chuẩn với hai vô hướng thường.4 Tương tác của hai boson chuẩn mang điện với một vô hướng thường.5 Tương tác của một boson chuẩn mang điện và một boson chuẩn trung hòa với một vô hướng thường .6 Tương tác của hai boson chuẩn trung hòa với một vô hướng thường.7 Tương tác của hai boson chuẩn mang điện với hai vô hướng thường.8 Tương tác của hai boson chuẩn với hai vô hướng.9 Tương tác của hai boson chuẩn trung hòa với hai vô hướng.10 Ba vô hướng thường tự tương tác với nhau.11 Bốn vô hướng thường tự tương tác với nhau.12 ‘Tương tác Yukawa của hạt Higgs giống hạt Higgs mô hình chuẩn (h).13 Tương tác Yukawa của Higgs trung hòa mới (H).14 Tương tác Yukawa của Higgs mang điện (H ± ).1 Tích N của các đa tuyến trong mô hình.2 Đối xứng vật chất không tầm thường và tích B − L.3 Các tham số hạt nhân liên hệ tới sự chuyển đổi µ − e trong hạt nhân 48 22 Ti, 13 Al, 79 Au và 82 Pb. 76 27 197 208 vii DANH SÁCH HÌNH VẼ 2.1 Các giản đồ sinh Higgs từ tổng hợp gluon-gluon.

Hiệu ứng trộn h-H thay đổi tương tác ht̄t bởi hệ số cξ và tương tác của h với quark ngoại lai bởi hệ số sξ. Các hiệu ứng này tỷ lệ ∼ (u/w)2. Tương tác hf¯f với f = t, Ja được chuẩn hóa với tương tác mô m hình chuẩn, tức là hf = − uf gf .2 Các đóng góp vào kênh rã h → γγ. Hiệu ứng vật lý mới bao gồm sự trộn h-H, dẫn đến sự thay đổi cường độ tương tác thông thường và kể đến đóng góp của quark ngoại lai, boson chuẩn mang điện mới và các vô hướng mang điện kể cả vô hướng trơ.

Các tương tác hV ∗ V (V = W, X, Y ) và hS ∗ S (S = H ± , φ) được 2 chuẩn hóa theo tương tác mô hình chuẩn, tức là hV = g 2u gV 2 và hS = − g 2u gS. gV được cho trực tiếp trong giản đồ, trong khi gH ± và gφ thu được từ bảng 2.3 Các đóng góp vào trộn Bs -B̄s và rã hiếm Bs → µ+ µ− gây nên bởi tương tác mức cây thay đổi vị, Z ′ s̄b, là đặc trưng cho mô hình loại này.4 Tiết diện tán xạ σ(pp → Z ′ → l¯l) là hàm theo khối lượng của boson Z ′. Các chấm màu tương ứng cho những giới hạn quan sát được cho các bề rộng rã khác nhau thu được tại khối lượng cộng hưởng bất biến dilepton, sử dụng độ trưng 36.1 fb−1 của √ va chạm pp với năng lượng s = 13 TeV của detector tại thí nghiệm ATLAS [106]. Các chấm màu đen (hầu hết nằm tách ra khỏi những điểm khác) là tiên đoán của lý thuyết.5 Các quá trình sinh monojet liên hệ với cặp vật chất tối.1 Tỷ số rã Br(µ → 3e), Br(τ → 3e), và Br(τ → 3µ) là hàm của khối lượng boson chuẩn mới mz′ ≡ M.

Ba đường màu, Br(µ → 3e) = 10−12 ; 10−15 ; 10−16 , tương ứng là các giới hạn trên của thực nghiệm, tín hiệu của thí nghiệm PSI và PSI được cải tiến, cụ thể là Br(µ → 3e) = 10−12 , 10−15 , và 10−16. Biểu đồ bên trái được tạo bởi các giá trị θ12 ℓ ℓ = π/3, θ13 = π/6, ℓ θ23 = π/4, và δ ℓ = 0, còn biểu đồ bên phải được tạo bởi các giá trị sin θ12 ℓ ℓ = 0.2 Sự phụ thuộc của tỷ số rã Br(τ → eµµ) và Br(τ → µee) vào khối lượng boson chuẩn trung hòa mới mz′ ≡ M. Các đường màu xanh là các giới hạn trên hiện tại Br(τ → eµµ) ≤ 2.3 Sự phụ thuộc của tỷ số rã Br(τ → µµe) và Br(τ → eµµ) vào khối lượng boson chuẩn mới mz′ ≡ M. Các đường màu xanh tương ứng cho các giới hạn trên hiện nay Br(τ → µµe) ≤ 1.4 Sự phụ thuộc tỉ số rã Br(τ + → ℓ+ P ) vào khối lượng boson chuẩn trung hòa mới mZ ′ ≡ M , với ℓ = e, µ và P = π, η, η ′.

Ở đây, các góc trộn và pha được sử dụng là θ12 ℓ ℓ = π/3, θ13 = π/6, ℓ θ23 = π/4, và δ ℓ = 0 .5 Sự phụ thuộc giữa tỉ số rã của Br(τ + → ℓ+ V ) vào khối lượng boson chuẩn trung hòa mới mZ ′ ≡ M , với ℓ = e, µ và P = ρ, ω, φ. Ở trên đồ thị, các góc trộn và pha được sử dụng là ℓ θ12 ℓ = π/3, θ13 ℓ = π/6, θ23 = π/4, và δ ℓ = 0.