Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI BÙI THỊ HÀ GIANG HIỆU ỨNG HẠT VÔ HƯỚNG TRONG MÔ HÌNH RANDALL-SUNDRUM LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ Hà Nội – Năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI BÙI THỊ HÀ GIANG HIỆU ỨNG HẠT VÔ HƯỚNG TRONG MÔ HÌNH RANDALL-SUNDRUM Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết và vật lí toán Mã số: 9440103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. Đặng Văn Soa PGS. TS. Đào Thị Lệ Thủy Hà Nội – Năm 2020 i Líi cam oan Tæi xin cam oan: Luªn ¡n h¼nh Randall-Sundrum" l cæng tr¼nh nghi¶n cùu ri¶ng cõa tæi. C¡c sè li»u tr¼nh b y trong luªn ¡n l ph²p v "Hi»u ùng h¤t væ h÷îng trong mæ trung thüc, ¢ ÷ñc çng t¡c gi£ cho ch÷a tøng ÷ñc cæng bè trong b§t cù cæng tr¼nh n o kh¡c. H Nëi, ng y 30 th¡ng 12 n«m 2019 ii MÖC LÖC Líi cam oan i Möc löc ii Danh möc c¡c tø vi¸t t­t v Danh möc c¡c k½ hi»u cì b£n vi Danh möc c¡c b£ng vii Danh möc c¡c h¼nh v³, ç thà ix MÐ †U 1 Ch÷ìng 1- TÊNG QUAN V— MÆ HœNH RANDALLSUNDRUM V€ VŠT L U-H„T 1.1 Mæ h¼nh Randall-Sundrum 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.1 T¡c döng cõa mæ h¼nh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.2 Khèi l÷ñng vªt l½ cõa tr÷íng Higgs . . . . . . . . . . . . 8 1.1.3 Cì ch¸ GoldbergerWise . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1.4 Khèi l÷ñng cõa tr÷íng chu©n photon, W, Z . . . . . . . 12 1.1.5 Sü trën Higgs-radion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.1.6 T÷ìng t¡c cõa Higgs, radion vîi tr÷íng chu©n . . . . . . 19 1.1.7 Mët sè nghi¶n cùu g¦n ¥y 21 . . . . . . . . . . . . . . . . iii 1.2 Vªt l½ U-h¤t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.2.1 Giîi thi»u v· U-h¤t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.2.2 H m truy·n v 26 t÷ìng t¡c hi»u döng cõa U-h¤t væ h÷îng 1.2.3 Mët sè nghi¶n cùu g¦n ¥y K¸t luªn ch÷ìng 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Ch÷ìng 2- MËT SÈ QU TRœNH SINH V€ R‚ H„T VÆ H×ÎNG 2.1 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ 33 e+ e− → hZ 2.1.1 Tr÷íng hñp chòm e− , e+ 2.1.2 Tr÷íng hñp chòm e− , e+ ph¥n cüc ph£i 33 khæng ph¥n cüc 34 . . . . . . . . còng ph¥n cüc tr¡i ho°c còng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Tr÷íng hñp chòm ph£i v . . . . . . . . . . . . . . . . . . e− ph¥n cüc tr¡i, chòm e+ ph¥n cüc ng÷ñc l¤i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ γe− → he− . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Tr÷íng hñp chòm e− khæng ph¥n cüc 2.2.2 Tr÷íng hñp chòm e− ban ¦u, chòm e− . . . . . . . . . . e− ban ¦u ph¥n cüc tr¡i, chòm t¤o th nh ph¥n cüc ph£i v 2.3 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ 2.3.1 Tr÷íng hñp chòm e− , e+ 2.3.2 Tr÷íng hñp chòm e− , e+ ph¥n cüc ph£i ph£i v . . . . . . . . . . . . . . khæng ph¥n cüc . . . . . . . . e− ph¥n cüc tr¡i, chòm e+ 51 52 57 58 γγ → φφ/φh/hh 60 ph¥n cüc ng÷ñc l¤i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ 50 còng ph¥n cüc tr¡i ho°c còng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.3 Tr÷íng hñp chòm 50 e− ng÷ñc l¤i . . . . . . . . . . . e+ e− → φφ/φh/hh 45 t¤o th nh còng ph¥n cüc tr¡i ho°c còng ph¥n cüc ph£i . . . . . . . . . . 2.2.3 Tr÷íng hñp chòm 39 62 . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.5 Qu¡ tr¼nh r¢ h¤t væ h÷îng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 iv 2.5.1 B· rëng ph¥n r¢ cõa mët sè qu¡ tr¼nh r¢ h¤t væ h÷îng . 70 th£o luªn . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2.5.2 K¸t qu£ t½nh v K¸t luªn ch÷ìng 2 Ch÷ìng 3- ÂNG GÂP CÕA U-H„T VÆ H×ÎNG TRONG MËT SÈ QU TRœNH TN X„ 3.1 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ e+ e− → hh/φφ 3.2 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ 84 . . . . . . . . . . . . . . . . 84 γγ → hh/φφ . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.3 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ gg → hh/φφ . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.4 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ e+ e− → U h/U φ 3.5 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ γγ → U h/U φ . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.6 Qu¡ tr¼nh t¡n x¤ gg → U h/U φ . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 K¸t luªn ch÷ìng 3 . . . . . . . . . . . . . . . 98 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 K˜T LUŠN 110 DANH MÖC CC CÆNG TRœNH ‚ CÆNG BÈ LI–N QUAN ˜N — T€I LUŠN N 113 T€I LI›U THAM KHƒO 114 PHÖ LÖC A 125 PHÖ LÖC B 127 PHÖ LÖC C 130 v Danh möc c¡c tø vi¸t t­t Vi¸t t­t Tø vi¸t t­t SM Standard model KK Kaluza-Klein RS Randall-Sundrum IR Infrared UV ADD GW BZ Ultraviolet Arkani Hamed, Dimopoulos, Dvali Goldberger-Wise Banks-Zaks LEP Large ElectronPositron Collider LHC Large Hadron Collider ILC International Linear Collider LSP Lightest Supersymmetric Particle CLIC MSSM Compact Linear Collider Minimal Supersymmetric Standard Model vi Danh möc c¡c k½ hi»u cì b£n K½ hi»u T¶n gåi √ s N«ng l÷ñng t¡n x¤ mh Khèi l÷ñng cõa Higgs mφ Khèi l÷ñng cõa radion pi Xung l÷ñng cõa c¡c h¤t tr¤ng th¡i ¦u ki Xung l÷ñng cõa c¡c h¤t t¤o th nh Λφ Gi¡ trà trung b¼nh ch¥n khæng cõa radion → − − (→ p 1, k 1) ψ Gâc t¡n x¤ hñp bði ξ Thæng sè trën σ Ti¸t di»n t¡n x¤ to n ph¦n Γ B· rëng ph¥n r¢ dU Thù nguy¶n t¿ l» cõa to¡n tû U-h¤t ΛU Thang n«ng l÷ñng L ë tr÷ng cõa m¡y gia tèc Pi H» sè ph¥n cüc vii Danh möc c¡c b£ng 2.1 Ti¸t di»n t¡n x¤ ùng vîi mët sè gi¡ trà cõa tr÷íng hñp P1 = P 2 = 1 ð m¡y gia tèc ILC. √ s v Λφ trong . . . . . . . . . . 56 2.2 B· rëng ph¥n r¢ cõa c¡c k¶nh r¢ Higgs khèi l÷ñng 125 GeV ra γγ, gg ùng vîi mët sè gi¡ trà cõa khèi l÷ñng radion thæng sè trën ξ. mφ v . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.3 B· rëng ph¥n r¢ cõa c¡c k¶nh r¢ Higgs khèi l÷ñng 125 GeV ra e− e+ , µ− µ+ , τ − τ + ùng vîi mët sè gi¡ trà cõa khèi l÷ñng radion mφ v thæng sè trën ξ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 2.4 B· rëng ph¥n r¢ cõa c¡c k¶nh r¢ Higgs khèi l÷ñng 125 GeV ra uu, dd, cc, bb, ss mφ v ùng vîi mët sè gi¡ trà cõa khèi l÷ñng radion thæng sè trën ξ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 B· rëng ph¥n r¢ cõa k¶nh r¢ Higgs khèi l÷ñng 125 GeV ra ùng vîi mët sè gi¡ trà cõa khèi l÷ñng radion trën ξ sè gi¡ trà cõa khèi l÷ñng radion mφ v γγ, gg thæng sè 76 ùng vîi mët thæng sè trën 2.7 B· rëng ph¥n r¢ cõa c¡c k¶nh r¢ radion ra ξ. . . . . 78 e− e+ , µ− µ+ , τ − τ + ùng vîi mët sè gi¡ trà cõa khèi l÷ñng radion ξ. v φφ = 1/6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 B· rëng ph¥n r¢ cõa c¡c k¶nh r¢ radion ra trën mφ 76 mφ v thæng sè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 viii 2.8 B· rëng ph¥n r¢ cõa c¡c k¶nh r¢ radion ra ùng vîi mët sè gi¡ trà cõa khèi l÷ñng radion trën ξ. uu, dd, cc, bb, ss mφ v thæng sè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 3.1 B£ng gi¡ trà ti¸t di»n t¡n x¤ to n ph¦n khi câ âng gâp cõa U-h¤t væ h÷îng trong qu¡ tr¼nh t¡n x¤ e+ e− → hh/φφ tr¶n m¡y gia tèc ILC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.2 B£ng gi¡ trà ti¸t di»n t¡n x¤ to n ph¦n khi câ âng gâp cõa U-h¤t væ h÷îng trong qu¡ tr¼nh t¡n x¤ γγ → hh/φφ tr¶n m¡y gia tèc CLIC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.3 B£ng gi¡ trà ti¸t di»n t¡n x¤ to n ph¦n khi câ âng gâp cõa U-h¤t væ h÷îng trong qu¡ tr¼nh t¡n x¤ gg → hh/φφ tr¶n m¡y gia tèc CLIC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.4 B£ng gi¡ trà ti¸t di»n t¡n x¤ to n ph¦n cõa qu¡ tr¼nh t¡n x¤ e+ e− → U h/U φ tr¶n m¡y gia tèc ILC. . . . . . . . . . . . . . 101 3.5 B£ng gi¡ trà ti¸t di»n t¡n x¤ to n ph¦n cõa qu¡ tr¼nh t¡n x¤ γγ → U h/U φ tr¶n m¡y gia tèc CLIC. . . . . . . . . . . . . . 104 3.6 B£ng gi¡ trà ti¸t di»n t¡n x¤ to n ph¦n cõa qu¡ tr¼nh t¡n x¤ gg → U h/U φ tr¶n m¡y gia tèc CLIC. . . . . . . . . . . . . . 107