Phần mở đầu
Mô hình chuẩn (MHC) đã thành công trong việc dự đoán chính xác nhiều kết quả thực nghiệm đo được. Thành công của MHC có thể kể đến như việc tiên đoán boson W và Z, các gluon, quark c (charm), quark t (top) và quark b (bottom) trước khi chúng được thực nghiệm quan sát thấy. Trong số đó, đáng chú ý là tiên đoán về hạt Higgs của MHC đã được máy gia tốc năng lượng cao LHC (Large Hadron Colidder) tại CERN phát hiện trong khoảng thời gian cuối năm 2012 với khối lượng đo được vào khoảng 125 GeV [1, 2]. Đây là hạt cuối cùng được tiên đoán bởi MHC.
Tuy nhiên, đến nay vẫn còn nhiều dữ liệu thực nghiệm nằm ngoài dự đoán của MHC, điển hình như:
Tại sao quark t (top) có khối lượng nặng bất thường? MHC dự đoán khối lượng của quark t khoảng 10 GeV khác với kết quả thực nghiệm xác định trên máy Tevatron tại Fermilab vào năm 1995 cho thấy quark t có khối lượng 173 GeV.
Vũ trụ sớm là hệ lượng tử do đó có số hạt bằng số phản hạt, tại sao vũ trụ ngày nay chỉ bao gồm vật chất cấu thành từ các hạt, không có bằng chứng cho sự tồn tại của phản vật chất cấu thành từ các phản hạt, gọi là bất đối xứng vật chất – phản vật chất hay bất đối xứng baryon [3].
Mô hình chuẩn dự đoán khối lượng neutrino triệt tiêu, vì nó khôngcó thành phần phải và số lepton luôn được bảo toàn. Tuy nhiên, thực nghiệm với neutrino khí quyển, neutrino mặt trời, neutrino từ máy gia tốc và lò phản ứng hạt nhân gần hai mươi năm qua khẳng định chúng dao động (chuyển vị) khi đi một quãng đường đủ lớn, nghĩa là các neutrino phải có khối lượng khác không (dù nhỏ, dưới 1 eV) và trộn lẫn. Có ba vị neutrino và sự trộn lẫn của chúng được tham số bởi ba góc Euler và ba pha vi phạm CP (1 pha Dirac và 2 pha Majorana). Số liệu thực nghiệm ngày nay cho các hiệu bình phương khối lượng và các góc trộn neutrino với giá trị xác định [3]. Neutrino thế hệ 1 và 2, thế hệ 2 và 3 trộn lớn, trong khi thế hệ 1 và 3 trộn nhỏ, nhưng khác không, và điều này hoàn toàn khác sự trộn quark (tất cả trộn nhỏ). Thực nghiệm neutrino chỉ cho xác định pha CP Dirac và nó có thể khác không, hoàn toàn không cho xác định pha Majorana. Như vậy, neutrino là fermion Dirac hay Majorana? Làm sao để sinh các khối lượng neutrino nhỏ tự nhiên, phù hợp với thực nghiệm? Tại sao các vị lepton và quark trộn như vậy với các góc trộn hoàn toàn xác định? Nếu tồn tại neutrino phải var, nó không màu, isospin và siêu tích yếu bằng không, và vì vậy nó không có tương tác chuẩn, gọi là hạt trơ (sterile). Tuy vậy, nó có thể có ý nghĩa trong việc sinh khối lượng neutrino và bất đối xứng số baryon của vũ trụ. Thực vậy, khi thêm var, neutrino sẽ nhận khối lượng Dirac do tương tác với Higgs, mp ~ v (thang điện yếu), tương tự như các fermion mang điện. Vì var là đơn tuyến mô hình chuẩn, nó có thể có khối lượng Majorana lớn, mr, vi phạm số lepton. Kết quả, neutrino quan sát ~ Vat nhận khối lượng Majorana thông qua cơ chế seesaw [4, 5, 6], ML = -(MD)²/mR, nhỏ tự nhiên vì điều kiện MR > mp. Như lý thuyết thống nhất lớn SO(10) [7, 8], khối lượng Dirac tỷ lệ thang điện yếu, mp ~ 100 GeV. Khối lượng neutrino quan sát m₁ eV, do đó
