Mở đầu
Lý do chọn đề tài
Trong nhiều thập kỷ qua, việc tìm kiếm các hạt mới trong vật lý hạt cơ bản đã và đang thu hút rất nhiều nhà vật lý, nhằm tìm hiểu và giải thích cấu trúc cũng như bản chất của Vũ trụ. Những thành công về công nghệ quan sát của thế kỷ 21 đã đem lại cho chúng ta những hiểu biết sâu hơn, nhưng thực chất vẫn chỉ là một phần rất nhỏ để hiểu bản chất của Vũ trụ. Theo thực nghiệm quan sát hiện nay, Vũ trụ hiện tại chứa 68.3% năng lượng tối, 26.8% vật chất tối (Dark Matter DM), chỉ có 4.9% là vật chất thông thường (vật chất mà chúng ta quan sát được) [1]. Trên thực tế có hai quan niệm về DM. Dạng thứ nhất là DM được tạo ra từ các hạt vật chất thông thường, chúng ta gọi chúng là vật chất tối dạng baryonic (baryonic DM). Đối tượng chủ yếu của DM dạng này là các ngôi sao không phát ra bức xạ và trôi trong không gian Vũ trụ. Các ngôi sao này không có sự liên hệ với hệ thống các sao trong Vũ trụ, chúng được gọi là MACHO (Massive astrophysical compact halo object). Các ứng cử viên cho dạng DM này là các ngôi sao nơtron hay hố đen. Dạng thứ hai của DM là dạng vật chất không bắt nguồn từ các dạng vật chất thông thường, chúng được gọi là non-baryonic DM. Các ứng cử viên cho non-baryonic DM được cho là các hạt WIMPs (weakly interacting massive particles), là các hạt có khối lượng nhưng tương tác rất yếu với vật chất thông thường (các hạt chỉ có tương tác hấp dẫn mà không có các tương tác khác). Các nhà thiên văn học chủ yếu nghiên cứu các ứng cử viên của DM là baryonic DM, trong khi đó các nhà vật lý hạt cơ bản thì tìm kiếm DM là các hạt WIMPs. Trong luận án này, chúng tôi tập trung nghiên cứu DM dựa trên quan điểm của vật lý hạt cơ bản.
Trên quan điểm của vật lý hạt cơ bản, các hạt DM là các hạt trung hòa, không bị rã hoặc thời gian sống của chúng phải đủ lớn (tức là thời gian sống của DM phải lớn hơn tuổi của Vũ trụ). Hiện tại, các hạt
WIMPS chưa được tìm thấy trong các máy gia tốc và cũng chưa có bằng chứng nào cho ta xác định các thông tin về spin cũng như khối lượng của chúng. Chính vì vậy, nghiên cứu bản chất của DM và tìm kiếm chúng là một trong những vấn đề đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới, kể cả các nhà vật lý lý thuyết và thực nghiệm quan tâm.
Mặt khác, mô hình lý thuyết mô tả các tương tác của các hạt cơ bản trong Vũ trụ được thực nghiệm ủng hộ nhất hiện nay là mô hình chuẩn (Standard Model – SM). Tuy nhiên, trong SM không tồn tại ứng cử viên thỏa mãn tính chất của DM. Do đó, chúng ta cần phải mở rộng SM để chúng xuất hiện các ứng cử viên của DM. Do tính chất về spin của DM là không xác định và phổ khối lượng của DM là rộng nên các ứng cửviên của DM là rất phong phú. Chúng có thể là hạt vô hướng, hạt véc tơ hay hạt fermion.
Chúng tôi muốn nhấn mạnh, khi mở rộng SM thì vùng không gian
tham số xuất hiện trong mô hình sẽ rộng hơn. Tuy nhiên, dựa vào các số
liệu thực nghiệm về mật độ và thời gian sống của DM, chúng tôi có thể
giới hạn được vùng không gian tham số xuất hiện trong mô hình. Dựa
vào vùng không gian tham số vừa tìm được và các tương tác của chúng,
chúng tôi có thể dự đoán được về khả năng tìm kiếm DM một cách trực
tiếp hoặc gián tiếp.
Vì vậy, tôi chọn đề tài “Vật chất tối trong một số mô hình 3-3-1 mở rộng” để nghiên cứu về bản chất và khả năng tìm kiếm DM. Mô hình mở rộng chúng tôi nghiên cứu là các mô hình SU (3) SU(3)₁U(1)x có thêm các đối xứng mới.
Mục đích nghiên cứu
Khảo sát vai trò DM của axion trong mô hình 3-3-1 với neutrino phân cực phải. Nghiên cứu tương tác của axion với photon trong trường điện từ ngoài và trên cơ sở đó đưa ra phương án có lợi nhất để thu axion trong thực nghiệm.
Xây dựng mô hình 3-3-1-1 và khảo sát vai trò DM của fermion trung hòa chứa trong mô hình.
