Sự huyền bí của vật chất tối là một trong các câu hỏi mở lớn nhất trong khoa học. Các số liệu phân tích bức xạ nền Vũ trụ đã chỉ ra sự tồn tại của chúng. Tuy nhiên, các mô hình lý thuyết mô tả các tương tác trong tự nhiên, gọi là mô hình chuẩn của vật lý hạt cơ bản và mô hình chuẩn của Vũ trụ, lại không đưa ra bất kì ứng cử viên nào cho vật chất tối. Chính vì vậy, nghiên cứu các mô hình lý thuyết cho giải quyết sự tồn tại của vật chất tối là cần thiết. Bên cạnh các vấn đề của vật chất tối thì một số thực nghiệm khác cũng đưa ra những tồn đọng chưa có lời giải trong các mô hình chuẩn như vấn đề khối lượng của neutrino, vấn đề phản đối xứng vật chất trong Vũ trụ. Một số kết quả mới của máy gia tốc lớn (LHC) cũng đưa ra các thách thức lớn cho mô hình chuẩn của vật lý hạt cơ bản. Các câu hỏi như tại sao số thế hệ fermion trong tự nhiên là ba? tại sao lại có sự bất đối xứng parity trong lý thuyết điện yếu?... cũng chưa có lời giải đáp.

Dựa trên các thực nghiệm về dao động của neutrino, nhóm tác giả gồm Cơ quan chủ trì Qũy phát triển Khoa học và Công nghệ QG cùng phối hợp với Chủ nhiệm PGS. TS. Đỗ Thị Hương nghiên cứu đề tài “Cơ chế bền của vật chất tối giống như hệ quả của đối xứng chuẩn và cấu trúc hạt”, nhận thấy các neutrino có thể chuyển vị thì tại sao lại không có sự chuyển vị tương tự trong phần lepton mang điện. Nếu sắp xếp các thế hệ lepton khác nhau thì dòng trung hoà thay đổi vị có thể xẩy ra ở phần lepton. Do đó, các quá trình chuyển vị lepton xuất hiện tại gần đúng cây. Từ các suy đoán đó, chúng tôi đã nghiên cứu phiên bản khác của mô hình 3-3-1, gọi là mô hình 3-3-1 đảo. Chúng tôi xem mô hình 3-3-1 đảo như là lý thuyết hiệu dụng của một lý thuyết có đối xứng cao hơn mà lý thuyết này cũng cho lời giải tự nhiên về vật chất tối. Các quá trình vật lý liên quan đến sự chuyển vị của các lepton đã được khảo sát.

Đề tài được thực hiện với mục tiêu xây dựng các mô hình chuẩn mở rộng chứa vật chất tối một cách tự nhiên (vật chất tối bền là do đối xứng chuẩn và cấu trúc hạt). Dựa trên mô hình xây dựng, chúng tôi tập trung các nghiên cứu liên quan đến các vấn đề thực nghiệm gần đây như: Tìm kiếm hạt có thời gian sống lâu, giải thích các dị thường quan sát tại máy gia tốc lớn như dị thường diboson và các dị thường vị khác. Ảnh hưởng của các tương tác không chuẩn tới sự dao động của neutrino và các quá trình sinh số lepton, lạm phát vũ trụ cũng sẽ được nghiên cứu.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Chúng tôi đã nghiên cứu một số hiện tượng luận trong mô hình thống nhất ba đảo. Chúng tôi đã chỉ ra mô hình này là sự thống nhất giữa mô hình 3-3-1 và mô hình đối xứng trái phải. Mô hình thống nhất ba đảo đã thống nhất được các ưu điểm của cả mô hình đối xứng trái phải và mô hình 3-3-1. Bên cạnh đó, mô hình thống nhất ba đảo còn cho lời giải về cơ chế bền của vật chất tối rất tự nhiên. Các vấn đề về khối lượng của neutrino và các hiện tượng luận liên quan đến vật chất tối được khảo sát. (Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí ISI: JHEP04 (2018) 143.

- Bên cạnh mô hình đối xứng ba đảo thì mô hình bất đối xứng trái phải (3-2-3-1) là một trong các mô hình đêm lại nhiều điều thú vị về các hiệu ứng vật lý mới như vật chất tối và neutrino và các hiệu ứng vật lý mới tại LHC. Chúng tôi nghiên cứu các tính chất của vật chất tối trong mô hình và cách tìm kiếm trực tiếp và gián tiếp. Trên cơ sở nghiên cứu đó, chúng tôi đưa ra các giời hạn về thang năng lượng mới và từ đó dự đoán các hiệu ứng vật lý mới như sinh và rã của các hạt boson mới. Kết quả bài báo đăng trên hai tạp chí: Phys.Rev.D 98 (2018), 055033 và Communications in Physics, Vol. 29, No. 2 (2019), pp. 141-147.

- Mô hình 3-3-1 đảo là mô hình xây dựng dựa trên vấn để khử dị thường của nhóm chuẩn: Các thế hệ quarks được sắp xếp như nhau, nhưng đối với lepton thì hế hệ thứ nhất của lepton sắp xếp khác (thế hệ thứ nhất biến đổi khác với hai thế hệ còn lại). Do đó, mô hình đã dự đoán các hiệu ứng trộn lepton tại mức cây. Chúng tôi đã xây dựng các toán tử vi phạm số lepton tại gần đúng cây và tiên đoán các hiệu ứng trộn vị lepton, các tương tác không chuẩn ảnh hưởng đến dao động của các neutrinos. Kết quả nghiên cứu đã đăng trên tạp chí JHEP 08 (2019) 051.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16797/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)