Hiệu ứng của radion và u hạt lên các quá trình tán xạ của photon trong mô hình chuẩn mở rộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- ĐINH THỊ SAO HIỆU ỨNG CỦA RADION VÀ U HẠT LÊN CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ CỦA PHOTON TRONG MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG LUẬN VĂN THẠC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

ĐINH THỊ SAO

HIỆU ỨNG CỦA RADION VÀ U HẠT LÊN

CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ CỦA PHOTON

TRONG MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

ĐINH THỊ SAO

HIỆU ỨNG CỦA RADION VÀ U HẠT LÊN

CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ CỦA PHOTON

TRONG MÔ HÌNH CHUẨN MỞ RỘNG

Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán

Mã số: 60440103

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

GS.TS Hà Huy Bằng

HÀ NỘI - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi khẳng định rằng đây là một công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, do chính sức lực của bản thân tôi đã nghiên cứu và hoàn thiện trên

cơ sở những kiến thức đã học và tham khảo những tài liệu Nó không trùng với kết quả của bất kì tác giả nào

Hà Nội, ngày 17 tháng 01 năm 2016 Tác giả luận văn

Đinh Thị Sao

LỜI CẢM ƠN

Với đề tài luận văn tốt nghiệp “Hiệu ứng của radion và U hạt lên các quá trinh tán xạ của photon trong mô hình chuẩn mở rộng” tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS-TS Hà Huy Bằng,Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới

GS TS Hà Huy Bằng – người đã tận tụy hết lòng hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Bộ môn Vật lý lý thuyết

đã tận tâm dạy bảo cho chúng tôi những kiến thức khoa học quý báu, trang bị cho chúng tôi những kiến thức nền tảng và hiện đại của Vật lý ngày nay Giúp chúng tôi có một nền tảng kiến thức vũng vàng khi bắt tay vào nghiên cứu các công trình khoa học Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, Phòng sau đại học và Ban Giám hiệu Truờng Đại học Khoa học Tự Nhiên đã tạo điều kiện tôt nhất để tôi đựợc học tập và hoàn thành luận án này Cuối cùng xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất tơi gia đình những người đã luôn bên cạnh động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn thạc sĩ

Tác giả luận văn

Đinh Thị Sao

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do lựa chọn đề tài 5

2 Mục đích, đối tuợng và phạm vi nghiên cứu 6

3 Phương pháp nghiên cứu 6

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 6

5 Bố cục của luận văn Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH CHUẨN VÀ SỰ MỞ RỘNG MÔ HÌNH CHUẨNError! Bookmark not defined 1.1 Mô hình chuẩn Error! Bookmark not defined

2.2 Mở rộng mô hình chuẩn Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: HIỆU ỨNG CỦA RADION LÊN CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ

CỦA PHOTON Error! Bookmark not defined

3.1 Quá trình tán xạ γγ → γγ với sự tham gia của radionError! Bookmark not defined

3.2 Quá trình tán xạ Compton với sự tham gia của radion.Error! Bookmark not defined

3.3 Kết luận chương 3 Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 3: HIỆU ỨNG CỦA UHẠT LÊN CÁC QUÁ TRÌNH TÁN XẠ

CỦA PHOTON Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 3.1.1 Tỉ số giữa tiết diện tán xạ vi phân trong tán xạ   khi có sự

tham gia của radion( d

d



) và khi không có sự tham gia của radion ( 0

d d



 )

theo các mức năng lượng va chạm Error! Bookmark not defined

Bảng 3.1.2 Tỉ số giữa tiết diện tán xạ toàn phần trong tán xạ   khi có

sự tham gia của radion ( ) và khi không có sự tham gia của radion(0) theo

các mức năng lượng va chạm Error! Bookmark not defined

Bảng 4.1.1 Tiết diện tán xạ toàn phần của quá trình   với sự ảnh hưởng của U – hạt ở các mức năng lượng khác nhau du  1.1 1.5  Error! Bookmark not defined

Bảng 4.1.2: Tỷ số giữa tiết diện tán xạ toàn phần trong quá trình  

khi có sự tham gia của U hạt và khi không có sự tham gia của U hạt ở các mức năng lượng khác nhau với tham số đầu vào du  1.1 1.5  Error! Bookmark not defined

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 3.1.1: Giản đồ Feynman cho quá trình tán xạ γγ → γγ khi có sự tham gia

của radion Error! Bookmark not defined

Hình3.1 2.Phân bố góc đã được chuẩn hóa của quá trình γγ → γγ có sự tham

gia của radion Error! Bookmark not defined

Hình 3.1.3: Đồ thị tiết diện tán xạ toàn phần theo năng lượng va chạm S

trong quá trình γγ → γγ có sự tham gia của radion.Error! Bookmark not

defined

Hình 3.1.4: Sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ toàn phần trongquá trình

  vào khối lượng radion với S = 3TeV, Λ φ = 1,5TeV Error!

Bookmark not defined

Hình 3.1.5: Sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ vi phân trong quá trình

  vào cosθ với S = 3TeV, Λ φ = 1,5TeV ;m φ = 200GeV Error!

Bookmark not defined

Hình 3.2.1: Sơ đồ Feynman của quá trình tán xạ Compton với sự tham gia

của radion Error! Bookmark not defined

Hình 3.2.1 Phân bố góc đã được chuẩn hóa của quá trình tán xạ e e

với sự tham gia của radion Error! Bookmark not defined

Hình 3.2.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ toàn phần vào năng lượng va chạm S trongquá trình e e với sự tham gia của radion,với  1TeV ;  = 1,5TeV ; m= 200GeV Error! Bookmark not defined

Hình 3.2.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ toàn phần vào khối lượng radion, với S = 3TeV ;  = 1TeV ; = 1,5TeV Error!

Bookmark not defined

Hình 3.2.4: Phân bố góc đã được chuẩn hóa của quá trình tán xạ e e

có sự tham gia của radion,với S = 3TeV ;  = 1TeV ; = 1,5TeV

Error! Bookmark not defined

Hình 4.1.1: Giản đồ Feynman cho quá trình tán xạ γγ → γγ khi có sự tham gia

của U hạt Error! Bookmark not defined

DANH MỤC VIẾT TẮT

LHC Máy va chạm hadron

MSSM Mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu

QCD Sắc động học lƣợng tử

QED Điện động học lƣợng tử

RS Randall-Sundrum

SM Mô hình chuẩn

SUSY Siêu đối xứng

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Con người luôn không ngừng mong muốn tìm hiểu thế giới vật chất, vật chất được hành thành từ cái gì và thứ gì gắn kết chúng với nhau Trong quá trình nghiên cứu đó con người đã từng bước khám phá ra cấu trúc của vật chất từ kích thước của nguyên từ 10 cm6 tới kích thước hạt nhân cỡ1013cmvà kích thước của các nuleon cỡ nhỏ hơn 1016cm Theo đó con người đã xây dựng được một mô hình lý thuyết để mô tả toàn cảnh bức tranh vật lý là mô hình chuẩn Mô hình chuẩn được coi làlý thuyết thành công trong việc mô tả các quy luật tự nhiên của vật lý ở mọi kích thước và góp phần quan trọng trong việc phát triển của vật lý hạt Bên cạnh những thành công mô hình chuẩn cũng bộc lộ nhiều thiếu sót như: mô hình chuẩn không giải thích được khối lượng của quark t, không thể giải thích được sự xuất hiện của một lượng lớn các tham số tự do, sự phân cực trái của các neutrino; sự xuất hiện của các hạt Higg và sự tồn tại của vật chất tối trong vũ trụ… Những lý

do trên đã chứng tỏ rằng mô hình chuẩn không thể là lý thuyết cuối cùng của vật

lý Để khắc phục những hạn chế của mô hình chuẩn, người ta đã mở rộng mô hình chuẩn theo nhiều cách khác nhau Tuy nhiên các mô hình thành công và được mong đợi nhiều nhất hiện nay là mô hình chuẩn siêu đối xứng tối thiểu (MSSM),

mở rộng trong không – thời gian 5 chiều và mở rộng khi tính đến bất biến tỷ lệ Cùng với sự mở rộng mô hình chuẩn các hạt mới liên tục được tìm ra và chứng minh sự tồn tại của chúng thông qua các cơ chế tán xạ Vì những lý do trên tôi lựa chọn đề tài “Hiệu ứng của radion và U hạt lên các quá trình tán xạ của photon trong mô hình chuẩn mở rộng” để nghiên cứu Trong luận văn này, tôi đề cập tới hai loại hạt cơ bản là U hạt và radion Thông qua việc nghiên cứu các hiệu ứng của chúng và đánh giá mức độ ảnh hưởng của chúng lên tiết diện tán xạ vi phân vàtoàn phần trong các quá trình tán xạ của photon chúng tôi khẳng định thêm sự tồn tại của radion và U hạt Kết quả của luận văn này sẽ cung cấp một kênh thông tin để tìm các hạt bằng thực nghiệm

2 Mục đích, đối tuợng và phạm vi nghiên cứu

Trước những hạn chế của mô hình chuẩn, con nguời đã đưa ra nhiều hướng

mở rộng khác nhau để khắc phục Theo mỗi hướng mở rộng đều có các hạt mới xuất hiện và cần được nghiên cứu Chính vì vậy, mục đích của đề tài này là nghiên cứu sự ảnh hưởng của các hạt mới này lên các quá trình tán xạ của photon – quá trình tán xạ kinh điển trong lý thuyết trường, nhằm khẳng định sự tồn tại của chúngthông qua việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của chúng lên tiết diện tán xạ toàn phần, đồng thời chúng minh tính đúng đắn của mô hình chuẩn mở rộng

Dựa vào 3 hướng mở rộng mô hình chuẩn đang được quan tâm nhiều nhất hiện nay là mô hình chuẩn siêu đối xứng 5 chiều, mở rộng trong không – thời gian

5 chiều và mở rộng khi tính đến bất biến tỷ lệ; đối tượng nghiên cứu chính của luận văn là các hạt mới bao gồm U hạt và hạt radion

Phạm vi nghiên cứu chính của luận văn là một số quá trình tán xạ kinh điển trong vật lý hạt cơ bản của photon như quá trình tán xạ   , quá trình tán xạ Comptone  e 

3 Phươngpháp nghiên cứu

Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

 Các phương pháp của lý thuyết trường lượng tử: kỹ thuật giản đồ Feyman, phượng pháp khử phân kỳ, phương pháp tái chuẩn hóa

 Sử dụng phần mềm matlab 2008 để vẽ đồ thị và xử lý số liệu

 Phân tích số liệu bằng đồ thị

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

Thông qua việc đánh giá sự ảnh hưởng của radion và U hạt lên tiết diện tán xạ vi phân và toàn phần trongcác quá trình tán xạ của photon, chúng ta thêm một lần khẳng định sự tồn tại của các hạt mới là radion và U hạt; khẳng định các

TÀI LIỆU THAM KHẢO

A/Tài liệu tiếng Việt

[1] Hà Huy Bằng (2010), Lý thuyết trường lượng tử, NXB Đại Học Quốc Gia, Hà Nội

[2] Nguyễn Xuân Hãn (1998), Cơ sở lý thuyết trường lượng tử, NXB Đại Học Quốc Gia, Hà Nội

[3] Hoàng Ngọc Long (2008), Cơ sở vật lý hạt cơ bản, NXB Thống Kê, Hà Nội

B/Tài liệu tiếng Anh

[1] A.Akhieser,L.Landau and I Pomeranchook (1937), “ Scatering of light by

light”, Nature 138, 206

[2] Chun-Fu Chang, Kingman Cheung, and TZu-Chiang Yuan (2008),

“Unparticle effects in photon-photon scattering”, Journal of High Energy, 83,

pp 291-294

[3] Chun-Fu Chang, Kingman Cheung and Tzu-Chiang Yuan (2008) “ Unparticle

effects in photon-photon scattering”, arXiv:hep-Ph/0801.2843

[4] Dreiner H K.,Kittel O and Lanenfeld U., “Discovery potential of radiative

neutralino production at the LHC”, Phys Lett A29, arXiv:hep-ph/1402.4937

[5] D.V.Soa et.al (2014), “Total cross-section for photon-axion conver-sions in

external electromagnetic field”, Mod Phys Lett.A29,arXiv:help-ph/1402.4937

[6] Freund P.G.O (1998), Introduction to Supermmetric, Cambridge University Press, NY USA

[7] H.Euler (1936), “On the scattering of light by light in Dirac’s theory”Publish

in Ann Physik 26,389

[8] O Cakir and Korkut Okan Ozansoy (2007), “Unparticle Searches through

Gamma Gamma Scattering”, arXiv:hep-ph/07123814

[9] Peter Cox, Tony Gherghetta (2012), “Radion dynamics and phenomenology

in the linear dilaton model”, Journal of Hinh Energy,149, pp 183-205

[10] T.D.Tham, N.H Thao, D.V.Soa ,et.al (2012), “Radion production in high energy gamama e colliders”, Communication in Physics, Vol.22, No.2, pp 97-101

[11] Takehisa Fujita and Naohiro Kanda (2011), “ A Proposal to Measure

Photon-Photon Scattering”,arXiv:hep-ph/1106.0465

[12] Yi Liang and Andrzej Cranecki (2011), “ Photon-photon scattering a

tutorial”,arXiv:hep-ph/1111.6126

[13] Yoshiko Ohno, "Radion in Randall - Sundrum model at the LHC and photon

collider", arXiv:hep-ph/1402.7159