Luận án Vật chất tối trong một số mô hình 3-3-1 mở rộng

Tên luận án:

Vật chất tối trong một số mô hình 3-3-1 mở rộng

Ngành:

Vật lý hạt cơ bản

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung nghiên cứu bản chất và khả năng tìm kiếm Vật chất tối (DM) trong khuôn khổ các mô hình 3-3-1 mở rộng. Bắt nguồn từ thực tế Vũ trụ chứa 26.8% DM nhưng bản chất cơ bản của nó vẫn chưa được hiểu rõ, và Mô hình Chuẩn (SM) không có ứng cử viên DM phù hợp, nghiên cứu này khám phá các mở rộng của SM.

Mục tiêu chính bao gồm: (1) Khảo sát vai trò DM của axion trong mô hình 3-3-1 với neutrino phân cực phải, bao gồm nguồn gốc của axion từ sự phá vỡ đối xứng Peccei-Quinn (nhằm giải quyết vấn đề strong-CP), tính bền của nó thông qua quá trình rã thành hai photon, và đề xuất phương án thực nghiệm để thu axion thông qua chuyển hóa photon-axion trong các trường điện từ ngoài (tĩnh điện, tĩnh từ, và ống dẫn sóng); (2) Xây dựng mô hình 3-3-1-1 (mở rộng từ mô hình 3-3-1 với đối xứng chuẩn U(1)N) để khảo sát vai trò DM của fermion trung hòa và các phương pháp tìm kiếm thực nghiệm.

Các phương pháp nghiên cứu bao gồm lý thuyết trường lượng tử, lý thuyết nhóm, sử dụng quy tắc Feynman để tính toán biên độ tán xạ và bề rộng rã, cùng với dữ liệu thực nghiệm mới nhất từ Particle Data Group và phần mềm Matlab R2008a cho tính toán số và vẽ đồ thị.

Kết quả chính cho thấy đối xứng Peccei-Quinn xuất hiện một cách tự nhiên trong mô hình 3-3-1 với neutrino phân cực phải khi có các đối xứng Z11 ⊗ Z2 phù hợp. Hạt axion giả vô hướng nhẹ sinh ra có thời gian sống cực lớn (~10^60 giây), vượt xa tuổi của Vũ trụ (~10^17 giây), chứng tỏ axion là một ứng cử viên DM tiềm năng. Các tính toán tiết diện tán xạ cho quá trình chuyển hóa photon-axion trong trường điện từ ngoài chỉ ra khả năng phát hiện axion trong thực nghiệm, đặc biệt hiệu quả hơn trong trường tĩnh từ và ống dẫn sóng.

Ngoài ra, mô hình 3-3-1-1 phân loại các hạt thành hạt thông thường (chẵn W-parity) và hạt lepton sai (lẻ W-parity), trong đó hạt lepton sai nhẹ nhất có thể là DM. Boson chuẩn X bị loại trừ do không phù hợp với dữ liệu WMAP. Tuy nhiên, fermion trung hòa có thể là DM nếu khối lượng của nó nằm trong khoảng 1.9 TeV ≤ MNR ≤ 2.5 TeV, và khối lượng boson Z' nằm trong khoảng 2.2 TeV ≤ mZ' ≤ 2.5 TeV, phù hợp với giới hạn thực nghiệm Xenon100. Luận án cũng đưa ra các hướng nghiên cứu tiếp theo để tiếp tục tìm kiếm và làm rõ bản chất của DM.

Mục lục chi tiết:

• Mở đầu

  • Lý do chọn đề tài

• Chương 1: Vật chất tối và sự mở rộng mô hình chuẩn

• Chương 2: Axion trong mô hình 3-3-1 và thực nghiệm tìm kiếm

  • 2.1 Axion trong mô hình Peccei-Quinn
  • 2.2 Axion trong mô hình 3-3-1 với neutrino phân cực phải
    • 2.2.1 Tổng quan về mô hình
    • 2.2.2 Đối xứng Peccei-Quinn và axion
    • 2.2.3 Quá trình rã của axion thành hai photon
  • 2.3 Tiết diện tán xạ của quá trình chuyển hóa photon-axion trong trường điện từ ngoài
    • 2.3.1 Yếu tố ma trận
    • 2.3.2 Sự chuyển hóa trong điện trường tĩnh
    • 2.3.3 Sự chuyển hóa trong từ trường tĩnh
    • 2.3.4 Sự chuyển hóa trong ống dẫn sóng

• Chương 3: Vật chất tối trong mô hình 3-3-1-1 và thực nghiệm tìm kiếm

  • 3.1 Mô hình 3-3-1-1
    • 3.1.1 Fermion trung hòa và các hạt lepton sai
    • 3.1.2 Đối xứng chuẩn 3-3-1-1 và W-parity
    • 3.1.3 Thế vô hướng và khối lượng
  • 3.2 Vật chất tối và thực nghiệm tìm kiếm
    • 3.2.1 Mật độ tàn dư của boson chuẩn X⁰
    • 3.2.2 Mật độ tàn dư của fermion trung hòa N_R
    • 3.2.3 Thực nghiệm tìm kiếm vật chất tối N_R

• Chương 4: Kết luận

  • 4.1 Các kết quả chính của luận án
  • 4.2 Các hướng nghiên cứu tiếp theo

• Danh sách các công bố của tác giả