Minimal süpersimetrik model ve hadron çarpıştırıcılarının fenomenolojisi
Minimal supersymmetric model and its phenomenology at hadron colliders
Yazar: ERDEN TUĞCU
Danışman: PROF. DR. JAN KALAYCI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 1997
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Süpersimetri = Supersymmetry ; Çarpıştırıcılar = Colliders

Özet:
ÖZET Günümüzde, Standart Model, kuvvetli, zayıf ve elektromanyetik etkileşmeleri betimleyen başarılı bir model olarak durmaktadır; şimdiye kadar, yapılan bütün deneyler, modelin öndeyişlerini doğrulamışlardır. Bununla birlikte, bu model, bazı yetersizlikleri içermektedir. Yetersizliklere çözüm olarak, en ümit verici model, Süpersimetrik ModePdir. Bu çalışmanın giriş bölümünde, Standart Model'in betimlemesi verildikten sonra başarısı ve yetersizlikleri ortaya konmaya çalışılmıştır, ikinci bölümde ise, Süpersimetrik Model'in en basit yorumu olan Minimal Süpersimetrik Model ele alınmıştır. Burada, bu modelin parçacık kapsamından, teorisinden, simetri kırılmasından ve bunun sonucu olarak ortaya çıkan yeni serbest parametreler ile öndenen yeni süpersimetrik parçacıklardan bahsedilmiştir. Böyle bir model üzerindeki incelemeler, Standart Model ötesini araştıran ve betimlemeye çalışan diğer modeller gibi, birkaç TeV enerji seviyesinde ortaya çıkacağına inanılan yeni bir fiziğe götürmektedir. Bu yeni fiziği araştırmak için, hadron çarpıştıncılarım kullanmak, söz konusu enerji seviyesine ulaşmak açısından uygun gözükmektedir. Bazı süpersimetrik parçacıkların hadronik çarpıştıncılarda oluşumları ile bu parçacıkların bozunumlarına yine ikinci bölümde yer verilmiştir. Üçüncü bölüm, hadronik çarpıştıncılarda, Minimal Süperçekim Modeli çerçevesinde yapılan araştırmalara ayrılmıştır. İçerdiği az sayıda serbest parametre, bu modeli çekici kılmaktadır. Bu parametrelerin tanımı yapıldıktan sonra, aynı çerçevede yapılan araştırmalara fenomenolojik bir bakış geliştirilmiş ve özel olarak, söz konusu parametreler uzayında 3 no'lu nokta olarak tanımlanan, parametre değerleri ile üç-dört lepton kanalı araştırması üzerinde durulmuştur. vm

Abstract:
SUMMARY The Standard Model is actually a very successful model which describes the weak, strong and electromagnetic interactions among the fundamental particles; however, it is incomplete. There are three kinds of reasons why the Standard Model is incomplete. First, it contains many arbitrary assumptions and parameters. Second, the Standard Model is not asymptotically free, therefore, at some energy scale, its interactions must become strong. Finally, if one calculates radiative corrections to the mass of the Higgs boson of the Standart Model, the diagrams contributing to the renormalization, (fig. 1) diverge quadratically with energy and this does not allow a naturel fine tuning. To deal with these problems, several approaches have emerged. The most important approach is to use a symmetry which transforms the fermions into bosons and vice-versa. This symmetry is called Supersymmetry. W.Z.T W.Z.T n g g h - fi(3i":~H a*& Figure 1: The diagrams contributing to the renormalisation of the mass of the Higgs boson. IXThe algebra that defines supersymmetry is given by [Qa>P,] = 0 0) {&4} = 2 gg an(i 8g- This production is governed by the vertex ğğg. The production of skuarks introduces the subprocesses gg ->. qq, qq -» qq and qg^qg and one remarks the vertex gqq and gqq. Then, gluinos decay into a.q-q pair and into a neutralino or a chargino via a virtuel skuark. A skuark can decay into a quark and a neutralino. Since the Minimal Supergravity Model does not have many free parameters, the early studies of supersymmetry at hadron colliders, in particular at LHC, focussed on the framework of this model with its parameters given in (3). The several researches in this framework gave ideas about the energy scales at which the supersymmetric particles could be detected at LHC experiments. In particular, a study of the point 3 has been given in this work. In the SUGRA parameter space, the point 3 is defined by the following values: mo = 200 GeV, m^ = 100 GeV, tan/? = 2, \ = 0, sgn/i = - The study of the lepton pair invariant mass distribution of the opposite sign same flavour dileptons from directly produced squarks and gluinos, allows to extract an unmistakable signal %°2 -> %\tC For this neutralino decay, one can determine the mass difference of the neutralinos from the end-point of the curve. (Fig. 3) On the other hand, the fact that the mass of the gluino and the squarks are relatively small, around 300 GeV, and therefore, the direct production of the SUSY particles is dominated by gluino and squark production, would allow to confirm the predictions of the supersymmetry at this point near the proton-antiproton collider Tevatron or linear collider in the near future. Xll> tu ?S. 9000 m m a ?o z ?a 8000 7000 6000 - saoa 4000 3000 2000 1000 How-IumLHCyear: 104 pb"1 1/ Of in h u I Sig: gluinos, squarks + Bg t 0^ ^nJ 1 ? -1 ' ' 10 SUGRA Point 11*3 mo = 200GeV ml/2 = 100 GeV mu = -l tanB = 2 A0 = 0 Bgonly: tt, (W/Z)+