Skaler bozon aracılığıyla üst kuarkın çeşni değiştiren yüksüz akım etkileşmelerinin araştırılması
Investigation of flavor changing neutral current interactions of top quark through scalar boson
Yazar: ÖZGÜN MUSTAFA ÖZŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. ÜLKÜ ULUSOY ; DOÇ. DR. VOLKAN ARI
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Higgs bozonu = Higgs boson ; Kuark = Quark ; Skaler = Scalar ; Standart model = Standard model ; Çarpıştırıcılar = Colliders

Özet:
Günümüzde yüksek enerji fiziği, Standart Model (SM) çerçevesinde Higgs bozonunun da keşfedilmesiyle birlikte yeni bir evreye girmiştir. Bu evrede bilim insanları günümüze kadar ortaya konmuş olan modelin çözümlenmemiş problemlerine odaklanmıştır. Buradaki sorunların kesin çözümleri ise tartışmasız deneysel doğrulamaya muhtaçtır. Öte yandan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC)'ndan elde edilen sonuçlar, SM'in sorunlarının çözümüne yönelik olarak öne sürülen hiçbir SM ötesi modeli doğrulayamamaktadır. Bu durum araştırmacıları daha yüksek enerjili hızlandırıcılarda yapılacak deneylerden elde edilecek verilerde yeni fizik arayışına itmektedir. Teze konu olan bu çalışmada SM'in cevapsız bıraktığı sorulara cevap bulmak amacıyla, çeşni değiştiren yüksüz akım (FCNC) türündeki etkileşimlerin yeni çarpıştırıcılardaki gözlemlenme potansiyeli, etkin alan teorisi çerçevesinde ve benzetim yöntemi kullanılarak araştırıldı. Bu doğrultuda şu anda sıklıkla çalışılan üst kuarkın anormal etkileşimleri incelendi. Bu çalışmalardan elde edilen öngörülerin deneylerle sınanması hiç kuşkusuz işin en can alıcı kısmını teşkil etmektedir. Bu tip etkileşmelerin deneysel ölçümleri çok hassastır ve öngörüler kolaylıkla test edilebilir niteliktedir. Dolayısıyla deneylere de yön gösterecek bu tipte çalışmalarla, olası yeni fizik keşiflerine ya da etkileşme sabitleri üzerine yapılabilecek dışarlamalara kapı açılması mümkündür. Bu bağlamda tezde, üst kuark ve Higgs bozonunun FCNC etkileşimi önce Yüksek Işınlıklı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (HL-LHC)'de aynı işaretli lepton kanalında incelenmiş ve kanalın dışarlama için uygun olduğu kanaatine varılmıştır. Dışarlama senaryosu için etkileşim sabiti \eta_{q}=0,04 ve karşılık gelen dallanma oranı HL-LHC beklentilerine uygun olarak 3,048\times10^{-4} olarak elde edilmiştir. Daha sonrasında FCC-hh için yapılan araştırmada ise keşif senaryosu için \eta_{q}=0,0059 ve karşılık gelen dallanma oranı 1,32\times10^{-5} ve dışarlama senaryosu için \eta_{q}=0,0027 ve karşılık gelen dallanma oranı 2,78\times10^{-6} olarak bulunmuştur.

Abstract:
Today, high energy physics has entered a new phase with the discovery of the Higgs boson within the framework of the Standard Model (SM). At this stage, scientists focused on the unresolved problems of the model that has been put forward to date. The exact solutions to the problems here are indisputably in need of empirical verification. On the other hand, the results from the Large Hadron Collider (LHC) cannot confirm any post-SM model proposed for solving the problems of the SM. This situation pushes researchers to search for new physics in the data to be obtained from experiments to be carried out in higher energy accelerators. In this study, which is the subject of the thesis, the observation potential of flavor-changing no-charge current (FCNC) type interactions in new colliders was investigated within the framework of effective field theory and using simulation method, in order to find answers to the questions left unanswered by SM. In this direction, the anomalous interactions of the top quark, which are currently frequently studied, were investigated. Testing the predictions obtained from these studies with experiments is undoubtedly the most crucial part of the work. Experimental measurements of such interactions are very sensitive and predictions are easily testable. Therefore, it is possible to open the door to possible new physics discoveries or exclusions on interaction constants with this type of studies that will also guide experiments. In this context, in the thesis, FCNC interaction of top quark and Higgs boson was first investigated in the lepton channel of the same sign in the High-Irradiance Large Hadron Collider (HL-LHC) and it was concluded that the channel is suitable for exclusion. The interaction constant for the exclusion scenario is \eta_{q}=0.04 and the corresponding branching ratio is 3.048\times10^{-4}, in line with HL-LHC expectations. In a later search for FCC-hh, \eta_{q}=0.0059 for the discovery scenario and the corresponding branching ratio is 1.32\times10^{-5} and \eta_{q}=0.0027 for the exclusion scenario corresponding branching ratio was found as 2.78\times10^{-6}.