Çarpıştırıcılarda dördüncü aile kuarklarının üretimlari ve bozunumları
PRODUCTIONS AND DECAYS OF FOURTH FAMILY QUARKS AT COLLIDERS
Yazar: VOLKAN ÇETİNKAYA
Danışman: PROF. DR. ORHAN ÇAKIR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Ağır fermiyonlar = Heavy fermions

Özet:
Bu tezde, hadron, lepton ve lepton-hadron çarpıştırıcılarında dördüncü aile kuarklarının üretimleri ve bu kuarkların bilinen Standart Model (SM) kuarklarına zayıf etkileşme yoluyla bozunumları incelenmiştir. Genel olarak, dördüncü SM ailesinin araştırılması, ağır kuarklar için bir örnek teşkil etmektedir. Kütle merkezi enerjisi 14 TeV?li pp çarpıştırıcısında mt'=600 GeV ve mb'=650 GeV kütlede t'  ve b'?nün çift üretim tesir kesiti değerleri sırasıyla, 9,98e-1 pb ve 6,27e-1 pb olarak hesaplanmıştır. Benzer şekilde, 3 TeV?li e-e+ çarpıştıcısında mt'(b')=600(650) GeV için tesir kesitleri sırasıyla, 18,80 fb ve 8,98 fb olarak elde edilmiştir. Son olarak, 1,4 TeV olan e-p çarpıştırıcısında mb'(b'bar)=650 GeV kütlede  b'(b'bar )?nün tek üretim tesir kesiti 2,92e-3 (3,84e-4) pb olarak hesaplanmıştır. Ağır kuarkların üçüncü aile kuarklarından daha ağır olması beklendiğinden yeni fiziğe daha duyarlı olacağı düşünülmektedir. Bu anlamda dördüncü ailenin çeşni değiştiren yüksüz akımları (FCNC) araştırılmıştır. Ayrıca bu çalışmada lepton çarpıştırıcılarında yeni ayar bozonu Z' etkileşmeleri yoluyla ağır kuarkların çift üretimindeki ileri-geri yön saçılma asimetrileri (AFB ) incelenmiştir. e-e+ çarpıştırıcısında mt'(b')=600(650) GeV kütle değerindeki t'(b') çift üretimi için AFB, Z' katkısı olmaksızın, 0,54(0,58) olarak hesaplanmıştır. Fakat Z'S (sequential   model) etkisiyle birlikte bu değer, büyük MZ'  bölgesi için 0,3(0,45) civarındadır. Z' bozonunun asimetrilere etkisinin farklı Z' modelleri için bazı parametre bölgelerinde önemli olduğu gösterilmiştir. Bu parametreler arasında, değişmez kütle dağılımı Z' modellerini sınırlamak için önemli bir ölçüm olacaktır.

Abstract:
In this thesis, productions of fourth family quarks and decays of them to known Standard Model (SM) quarks via weak interaction have been examined at hadron, lepton and lepton-hadron colliders. In general, investigation of fourth SM family provides an example for heavy quarks. The cross section values for the pair production of  t' and b'  at mt'=600 GeV and mb'=650 GeV have been calculated as 9,98e-1 pb and 6,27e-1 pb at pp collider at center-of-mass energy 14 TeV, respectively. Similarly, the cross sections for mt'(b')=600(650) GeV have been obtained as 18,80 fb and 8,98 fb at e-e+ collider with 3 TeV, respectively. Finally, the cross section for the single production of b'(b'bar ) with mb'(b'bar)=650 GeV has been calculated as 2,92e-3 (3,84e-4) pb at e-p collider with 1,4 TeV. Since it is expected that the heavy quarks are heavier than the third family quarks, it is thought to be more sensitive to new physics. In this sense, flavor changing neutral current (FCNC) of fourth family has been investigated. Additionally, in this study, the forward-backward asymmetries (AFB) have been examined in the pair production of fourth family quarks through the new gauge boson Z' interactions at lepton colliders. AFB  for t'(b') pair production at the mass value mt'(b')=600(650) GeV without the Z' contribution has been calculated as 0,54(0,58) at e-e+ collider. However, this value with a Z'S  (sequential   model) is around 0,3(0,45) for the large MZ' region. The effects of the Z'   boson on the asymmetries have been shown to be important in some parameter regions for different Z' models. Among these parameters, the invariant mass distribution will be an important measurement to constrain the Z' models.