I. Giới thiệu về Mô hình 3 3 1 và Mô hình 3 2 2 1
Mô hình 3-3-1 và Mô hình 3-2-2-1 là hai mô hình lý thuyết mở rộng từ Mô hình Chuẩn (MHC) trong vật lý hạt cơ bản. Mô hình 3-3-1 dựa trên nhóm đối xứng chuẩn SU(3)C ⊗ SU(3)L ⊗ U(1)X, trong khi Mô hình 3-2-2-1 mở rộng nhóm điện yếu thành SU(2)1 ⊗ SU(2)2 ⊗ U(1)Y. Cả hai mô hình đều nhằm giải quyết các vấn đề mà MHC chưa giải thích được, như khối lượng neutrino, vật chất tối, và bất đối xứng baryon. Mô hình 3-3-1 đơn giản (S331M) được đề xuất để khắc phục các hạn chế của Mô hình 3-3-1 tối thiểu (M331M) và Mô hình 3-3-1 rút gọn tối thiểu (RM331M), đặc biệt là việc giảm thiểu dòng trung hòa thay đổi vị (FCNC) và dự đoán giá trị tham số ρ phù hợp với thực nghiệm.
1.1. Cấu trúc hạt trong Mô hình 3 3 1
Mô hình 3-3-1 sắp xếp các hạt cơ bản theo nhóm đối xứng SU(3)C ⊗ SU(3)L ⊗ U(1)X. Phần lepton sử dụng các lepton của MHC, trong khi phần quark có sự biến đổi khác nhau giữa các thế hệ. Mô hình 3-3-1 đơn giản (S331M) sử dụng hai tam tuyến vô hướng η và χ, khác với RM331M sử dụng ρ và χ. Sự sắp xếp này giúp giảm thiểu FCNC và dự đoán khối lượng quark t phù hợp với thực nghiệm. Ngoài ra, S331M còn chứa các đa tuyến vô hướng trơ, tạo ra ứng cử viên cho vật chất tối thông qua đối xứng Z2.
1.2. Khối lượng neutrino trong Mô hình 3 3 1
Khối lượng neutrino trong Mô hình 3-3-1 được giải thích thông qua cơ chế seesaw. Neutrino nhận khối lượng Majorana thông qua tương tác với các hạt trơ νaR, với khối lượng Dirac mD tỷ lệ với thang điện yếu và khối lượng Majorana mR lớn hơn nhiều. Điều này giúp giải thích khối lượng nhỏ của neutrino quan sát được. Mô hình 3-3-1 cũng giải quyết vấn đề bất đối xứng baryon thông qua các tương tác vi phạm số lepton.
II. Vật chất tối trong Mô hình 3 3 1 và 3 2 2 1
Vật chất tối (DM) là một trong những vấn đề lớn nhất trong vật lý hạt cơ bản và vũ trụ học. Mô hình 3-3-1 và Mô hình 3-2-2-1 đều cố gắng giải thích sự tồn tại của DM thông qua các hạt mới. Trong Mô hình 3-3-1, DM được giải thích bằng cách thêm các đa tuyến vô hướng trơ, mang tích lẻ Z2, đảm bảo chúng không tương tác trực tiếp với các hạt MHC. Mô hình 3-2-2-1 cũng xét đến đối xứng Z2, nhưng đối xứng này bị phá vỡ mềm để sinh khối lượng cho các vô hướng mang điện, do đó không chứa ứng cử viên DM rõ ràng.
2.1. Ứng cử viên vật chất tối trong Mô hình 3 3 1
Trong Mô hình 3-3-1, các đa tuyến vô hướng trơ được thêm vào để tạo ra ứng cử viên DM. Các hạt này mang tích lẻ Z2, đảm bảo chúng không thể rã thành các hạt MHC. Quá trình hủy DM xảy ra thông qua tương tác giữa hai hạt DM, sinh ra các hạt MHC. Các kênh hủy này phụ thuộc vào biểu diễn của các vô hướng trơ và cần được khảo sát cụ thể để so sánh với thực nghiệm.
2.2. Vật chất tối trong Mô hình 3 2 2 1
Mô hình 3-2-2-1 không chứa ứng cử viên DM rõ ràng do đối xứng Z2 bị phá vỡ mềm. Tuy nhiên, các mở rộng của mô hình này có thể chứa các hạt mới đóng vai trò DM. Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc thêm các fermion tựa vec-tơ và các lưỡng tuyến Higgs mới để giải thích các dị thường trong rã meson B, đồng thời xem xét khả năng tồn tại DM.
III. Khối lượng neutrino và tách biệt vị lepton
Khối lượng neutrino và tách biệt vị lepton (LNU) là hai vấn đề quan trọng trong vật lý hạt cơ bản. Mô hình 3-3-1 giải thích khối lượng neutrino thông qua cơ chế seesaw, trong khi Mô hình 3-2-2-1 tập trung vào việc giải thích các dị thường trong rã meson B, liên quan đến LNU. Cả hai mô hình đều cố gắng mở rộng MHC để giải thích các hiện tượng thực nghiệm mới.
3.1. Khối lượng neutrino trong Mô hình 3 3 1
Mô hình 3-3-1 sử dụng cơ chế seesaw để giải thích khối lượng neutrino nhỏ. Neutrino nhận khối lượng Majorana thông qua tương tác với các hạt trơ νaR, với khối lượng Dirac mD tỷ lệ với thang điện yếu và khối lượng Majorana mR lớn hơn nhiều. Điều này giúp giải thích khối lượng nhỏ của neutrino quan sát được.
3.2. Tách biệt vị lepton trong Mô hình 3 2 2 1
Mô hình 3-2-2-1 giải thích các dị thường trong rã meson B thông qua tách biệt vị lepton (LNU). Mô hình này thêm các fermion tựa vec-tơ và các lưỡng tuyến Higgs mới, tạo ra ma trận trộn khối lượng phức tạp cho lepton và quark. Các fermion vật lý tương tác khác nhau với các boson chuẩn, giải thích được các kết quả thực nghiệm về rã meson B.
