Ağır egzotik hadronların zayıf bozunumları
Semileptonic transitions of heavy hadrons
Yazar: BİRTEN BARSBAY
Danışman: PROF. DR. HAYRİYE SUNDU PAMUK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Hadron fiziği = Hadron physics ; Çok parçacıklı sistemler = Many body systems

Özet:
Güçlü etkileşen kuark ve gluonlardan oluşan standart hadronlar: iki ve üç valans kuarktan oluşan mezonlar ve baryonlardır. Bu etkileşmelerin alan teorisi, Kuantum Renk Dinamiği (KRD) dir. Bu yapılara ek olarak, son yıllarda, çeşitli kuark ve gluon kombinasyonlarından oluşabilecek parçacıklar olabileceği öne sürülmüş ve bazıları deneylerde gözlemlenmiştir. Bu yapılar genel olarak dörtkuarklı XYZ parçacıkları, mezonlardan oluşan moleküller, beşkuarklar, hibritler gibi egzotikler olarak bilinmektedir. 
Bu tezde, şimdiye kadar deneysel olarak gözlemlenmemiş ve teorik olarak detaylı çalışılmamış yeni dörtkuark durumları öne sürülmüş ve onların fiziksel özellikleri incelenmiştir. Hadronların spektroskopik özelliklerini ve bozunum parametrelerini incelemek için pertürbatif olmayan yöntemlere ihtiyaç vardır. Bu pertürbatif olmayan yöntemlerden en güvenilir ve uygulanabilirlerinden birisi KRD toplam kurallarıdır. Tez kapsamında yapılan çalışmalarda bu yöntem egzotik parçacıklara genişletilerek kullanılmıştır.
Tezin temel amacı, dörtkuark yapıdakı bazı parçacıkların spektroskopik özelliklerini ve zayıf bozunum kanallarını incelemek olmuştur. Tezde ağır bb veya bc dikuark ve hafif antidikuarklardan oluşan skaler ve aksiyel vektor dörtkuarklı yapılar ele alınmıştır. İlk olarak bu yapıların kütle ve kuplaj sabitleri hesaplanmıştır. Elde edilen kütle değerine göre bu dörtkuarklı yapıların güçlü ve elektromanyetik bozunmaya karşı kararlı oldukları görülmüştür. Bu sebeple bu egzotik yapıların yarı-leptonik ve leptonik olmayan zayıf bozunumları incelenmiş; yapı faktörleri ve bozunma genişlikleri elde edilmiştir. Elde edilen toplam bozunma genişlikleri kullanılarak bu dörtkuarklı yapıların ortalama ömrü hesaplanmıştır. Yapılan çalışmalar teorik literatüre katkı sağlamanın yanı sıra ileride yapılacak deneylere ışık tutacak olması bakımından oldukça önemlidir.

Abstract:
The standard hadrons, i.e., mesons and baryons are made of two and three valence quarks which interact strongly through gluon exchange. The field theory of these interactions is the Quantum Chromodynamics (QCD). In recent years, it was suggested that, in addition to these conventional hadrons, there may exist particles composed of various different combinations of quarks and gluons. Some of such states were observed in numerous experiments. These states are particles including four-quark XYZ tetraquarks, hadronic molecules composed of mesons, pentaquarks, hybrids, etc.
In this thesis, new tetraquark states that have not been experimentally observed and theoretically not studied in  detail are proposed and  their physical properties are analysed. To calculate the spectroscopic and decay parameters of these hadrons, we use nonperturbative methods of QCD. One of such reliable and applicable approaches is the QCD sum rule method. In the context of the present thesis, we extended this method and used it in our studies.
The main purpose of the thesis is investigation of physical features and weak decay channels of such exotic tetraquark states. In this thesis, scalar and axial-vector tetraquarks built of heavy bb or bc diquarks and light antidiquarks are explored. Firstly, the masses and coupling constants of these states are calculated. According to the masses of the states under analysis, it is seen whether these tetraquarks are stable against strong and electromagnetic decays. For this reason, semileptonic and nonleptonic weak decays of these exotic states have been analysed; the form factors and decay widths were obtained. The lifetime of these tetraquarks was calculated using the full widths obtained. In addition to contributing to the theoretical literature, the studies on exotic states are very important in terms of shedding light on future experiments.