I. Mô hình Randall Sundrum và hiệu ứng hạt vô hướng
Mô hình Randall-Sundrum (RS) là một lý thuyết mở rộng không-thời gian từ bốn chiều lên năm chiều, được đề xuất bởi Lisa Randall và Raman Sundrum năm 1999. Mô hình này giải quyết vấn đề phân bậc khối lượng trong vật lý hạt bằng cách giới thiệu một chiều thứ năm compact hóa trên một vòng tròn. Hiệu ứng hạt vô hướng trong mô hình này liên quan đến sự tương tác của các hạt vô hướng như Higgs và radion trong không-thời gian năm chiều. Mô hình RS cung cấp một cơ chế tự nhiên để giải thích sự yếu đi của lực hấp dẫn so với các lực khác.
1.1. Cấu trúc không thời gian trong mô hình RS
Mô hình RS xây dựng trên không-thời gian năm chiều anti-de Sitter (AdS5), được chia thành hai 3-brane: 3-brane UV (Planck brane) và 3-brane IR (SM brane). 3-brane UV nằm tại y = 0, nơi tương tác hấp dẫn chiếm ưu thế, trong khi 3-brane IR nằm tại y = L, nơi các tương tác mạnh, yếu và điện từ chiếm ưu thế. Sự phân chia này cho phép tồn tại một hạt vô hướng bổ sung gọi là radion, liên quan đến biến đổi khoảng cách giữa hai 3-brane.
1.2. Tương tác của hạt vô hướng
Trong mô hình RS, hạt vô hướng như Higgs và radion tương tác với các trường vật chất thông qua tenxơ năng lượng-xung lượng. Radion có khối lượng nhỏ hơn nhiều so với graviton và được coi là ứng cử viên tiềm năng cho vật chất tối. Sự trộn lẫn giữa Higgs và radion là một hiệu ứng quan trọng, được nghiên cứu trong các quá trình tán xạ và phân rã hạt.
II. Hiệu ứng hạt và quá trình tán xạ
Hiệu ứng hạt trong mô hình RS được nghiên cứu thông qua các quá trình tán xạ và phân rã của các hạt vô hướng. Các quá trình như e+ e- → hZ, γγ → hh, và gg → hh được phân tích để đánh giá sự đóng góp của hạt vô hướng trong các tương tác hạt. Các kết quả tính toán cho thấy sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ vào các thông số như khối lượng radion, thang năng lượng, và hệ số phân cực.
2.1. Quá trình tán xạ e e hZ
Quá trình tán xạ e+ e- → hZ được nghiên cứu để đánh giá sự đóng góp của hạt Higgs trong mô hình RS. Tiết diện tán xạ toàn phần phụ thuộc vào năng lượng tán xạ √s và hệ số phân cực của chùm electron và positron. Kết quả cho thấy sự gia tăng đáng kể của tiết diện tán xạ khi năng lượng tán xạ tăng lên.
2.2. Quá trình tán xạ γγ hh
Quá trình tán xạ γγ → hh được sử dụng để nghiên cứu sự tạo thành cặp Higgs trong mô hình RS. Tiết diện tán xạ phụ thuộc vào khối lượng radion và thang năng lượng ΛU. Các kết quả tính toán chỉ ra rằng sự đóng góp của U-hạt vô hướng có thể làm tăng đáng kể tiết diện tán xạ ở năng lượng cao.
III. Ứng dụng và giá trị thực tiễn
Nghiên cứu hiệu ứng hạt vô hướng trong mô hình RS có giá trị thực tiễn trong việc tìm kiếm các hạt mới và hiểu rõ hơn về cấu trúc của vũ trụ. Các kết quả tính toán tiết diện tán xạ và bề rộng phân rã cung cấp dự báo quan trọng cho các thí nghiệm trên máy gia tốc như ILC và CLIC. Ngoài ra, sự đóng góp của U-hạt vô hướng trong các quá trình tán xạ ở năng lượng cao mở ra hướng nghiên cứu mới trong vật lý hạt và vũ trụ học.
3.1. Dự báo cho thí nghiệm ILC và CLIC
Các kết quả tính toán từ nghiên cứu này cung cấp dự báo quan trọng cho các thí nghiệm trên máy gia tốc ILC và CLIC. Tiết diện tán xạ và bề rộng phân rã của Higgs và radion được dự đoán với độ chính xác cao, giúp các nhà vật lý thiết kế thí nghiệm hiệu quả hơn.
3.2. Hướng nghiên cứu mới
Sự đóng góp của U-hạt vô hướng trong các quá trình tán xạ ở năng lượng cao mở ra hướng nghiên cứu mới trong vật lý hạt và vũ trụ học. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tìm kiếm các tín hiệu của U-hạt trong các thí nghiệm năng lượng cao.
