Yüksek-ışınlıklı büyük hadron çarpıştırıcısında spin 1/2 uyarılmış kuarkın üretimi
Production of spin-1/2 excited quark at high-luminosity large hadron collider
Yazar: FATMA AKÇA
Danışman: DOÇ. DR. YUSUF OĞUZHAN GÜNAYDIN ; DOÇ. DR. MEHMET ŞAHİN
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Fenomenoloji = Phenomenology ; Parçacık fiziği = Particle physic

Özet:
Maddenin yapı taşını anlamamıza ve evrenimizi daha iyi tanımlayabilmemize yarayan temel parçacıkların varlığı 19. yüzyılın sonlarına doğru elektronun keşfi ile ortaya çıkmaya başlamıştır.  Geçtiğimiz yüzyılda oluşturulan Standart Model ile bu temel parçacıkların sınıflandırılması yapılmış ve birbirileriyle olan etkileşimleri belli bir sistem ile çözümlenmeye çalışılmıştır. Higgs Bozonu'nun 2012 yılındaki CERN'deki keşfi ile Standart Model'in en sona kalan eksik parçası da tamamlanmış oldu. Ancak, bu keşiften çok önceki zamanlarda da, parçacık fizikçileri Standart Model'in cevap veremediği sorunlarla karşı karşıya kaldılar ve bu sorunların üstesinden gelebilmek için Standart Model'in ötesinde daha yeni modeller ortaya attılar. Standart Model Ötesi bu yeni kuramlarla kuark-lepton simetrisi, aile sayısı, fermiyon kütlelerinin farklılığı, fermiyonik ailelerin tekrarlanması, nötrino salınımları,  hiyerarşi sorunu, parametre fazlalığı gibi sorunlara çözümler üretilmeye çalışılmaktadır. Temel parçacıkların tarihçesine bakıldığında, her yeni buluştan sonra acaba bulunan bu yeni parçacıklar en temel mi sorusunu parçacık fizikçileri daima sormuşlar ve çözümler bulmaya gayret etmişlerdir. Preonik Modeller diye adlandırdığımız 1900'lü yılların ortalarında öne sürülen kuramlar, Standart Model temel parçacıklarının kompozit bir iç yapısının olabileceğini ve bu yapı içerisindeki "preon" adını verdikleri parçacıkların en temel parçacık olduğu görüşünü ortaya attılar. Uyarılmış fermiyonlar da preonik parçacık tanımlanmasının içerisinde olup keşfi halinde Standart Model fermiyonlarının yani kuarklar ve leptonların kompozit bir yapısı olduğunun doğrudan delili olacaktır. Günümüzde pek çok parçacık fiziği deneyinde uyarılmış kuarklar ve leptonlar üzerine veri çözümlemesi yapılmaktadır. En son olarak, şu ana kadar en büyük kütle merkezi enerjine sahip Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki iki büyük deney, CMS ve ATLAS, uyarılmış kuarkın kütlesine, foton+jet  son durumunda 5.5 TeV'lik bir limit getirmiştir. Bu fenomenolojik araştırmada, deneysel sınır temel alınarak Yüksek-Işınlıklı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda uyarılmış u kuarkın üretimi çalışılmış ve bu öncü parçacık fiziği laboratuvarında uyarılmış u kuarkın keşfinin 7191 GeV kütle limitine kadar olabileceği hesaplanmıştır.

Abstract:
At the end of the 19th century, the discovery of the electron began to reveal the existence of the fundamental particles that help us understand the building block of matter and define our universe better. The Standard Model, created in the last century, classified these fundamental particles and explained their interactions with each other in such a particular system. The discovery of Higgs Boson in CERN in 2012  completed the last missing part of the Standard Model. However, even before this discovery, particle physicists faced problems that the Standard Model could not answer, and in order to overcome these problems, they introduced new models beyond the Standard Model. With these new beyond the Standard Model theories, quark-lepton symmetry, the number of families, differences in fermion masses, repetition of fermionic families, neutrino oscillations, hierarchy problem, parameter surplus are tried to be solved. Looking at the history of fundamental particles, particle physicists have always asked the question of whether these new particles are the most fundamental after each discovery and have tried to find solutions to these questions. The theories put forward in the mid-1900s, which we call Preonic Models, suggested that the fundamental particles of the Standard Model may have a composite substructure and that the particles they call the "preon" are the most fundamental. Excited fermions are also in the preonic particle identification and, if discovered, will be direct evidence that Standard Model fermions are a composite structure. Nowadays, in plenty of particle physics experiments, data analysis is performed on excited quarks and leptons. Most recently, the two major experiments in the Large Hadron Collider, CMS and ATLAS, which have the most significant center-of-mass energy to date, have set the mass limit of the excited quark with photon + jet final state as 5.5 TeV. In this phenomenological research, based on experimental limit, the production of excited u  quark in the High-Luminosity Large Hadron Collider was studied, and it was calculated that the discovery of the excited u  quark in this new frontier particle physics laboratory could be up to the mass limit of 7191 GeV.