Küçük çekirdekli ortamlarda LPM etkisi
LPM effect in low-z medium
Yazar: SAVAŞ BİROL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALPER DİZDAR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
LPM (Landau-Pomeranchuk-Migdal) etkisi yüksek enerjili yüklü parçacıkların her hangi bir ortamda gerçekleştirdikleri frenleme ışımasında gözlenen baskılama mekanizmasıdır. Frenleme ışıması fiziğin en temel süreçlerinden biridir ve ışıma dağılımı kuantum elektrodinamiği çerçevesinde ilk kez Bethe-Heitler tarafından hesaplanmıştır. Sonraki yıllarda Landau ve Pomeranchuk çoklu saçılmanın frenleme ışıması üzerindeki etkilerini incelemiş ve öngördükleri yaklaşım ilk kez Migdal tarafından hesaplanmıştır. Frenleme ışıması üzerindeki çoklu saçılma etkisi LPM etkisi olarak bilinmektedir ve özellikle büyük çekirdekli ortamlar için deneysel gözlemlerle son derece uyumlu görünmektedir.LPM etkisinin küçük çekirdekli ortamlarda bazı sorunları olabileceği 1994'te SLAC'ta yapılan deneyden sonra ilk kez Spencer Klein tarafından ortaya atılmıştır. Sonraki yıllarda daha yüksek enerjilerde CERN'de yapılan gözlemlerde küçük çekirdekli ortamlarda kuramın eksikleri olabileceğine dair işaretler olmasına rağmen bu konuda detaylı bir çalışma şimdiye kadar yapılmamıştır.Küçük çekirdekli ortamlarda frenleme ışıması üzerindeki LPM etkisinin eksiksiz bir şekilde anlaşılması, çok yüksek enerjili kozmik parçacıkların atmosferdeki saçaklanmalarının anlaşılmasında çok önemli bir yere sahiptir. Kozmik parçacıklar için saçaklanmalardaki temel elektromanyetik etkileşmeler frenleme ışıması ve çift oluşumudur. Her iki etkileşme için de tesir kesitlerinin çoklu saçılma sebebiyle baskılanması, atmosferde 1019eV üzerindeki enerjilerde önemli hale gelmektedir. Dolayısıyla LPM baskılaması çok yüksek enerjili kozmik parçacıkların saçaklanmaları üzerinde belirgin bir etkiye sahiptir. Bu enerji bölgesi yeni fizik potansiyeli nedeniyle astroparçacık fiziğinin yakından ilgilendiği bir alandır.Bu çalışmanın amacı LPM etkisinin küçük çekirdekli ortamlardaki olası sorunlarının hızlandırıcı ortamında incelenebilip incelenemeyeceğine dair bir ön çalışma yapmak ve hangi şartlar altında etkinin gözlemlenebileceğine dair öneriler sunmaktır. Bu amaçla 2010 Mayıs ayında CERN'de 178 GeV enerjili elektron hüzmesi ile farklı hedeflerden yayınlanan ışıma miktarı ölçülmüştür. Yüksek enerjili bir deney ortamındaki ikincil etkileşmelerin varlığı altında frenleme ışıması fotonları tam olarak ayrıştırılamamakla birlikte, sonuçlar deney düzeneğinde yapılabilecek bir takım değişikliklerle bunun mümkün olabileceği hakkında ip uçları vermektedir.

Abstract:
LPM (Landau-Pomeranchuk-Migdal) effect is a suppression mechanism observed in bremsstrahlung radiation occuring due to high energy charged particles traversing in a medium. Bremsstrahlung is one of the fundamental processes in physics and its cross section was first calculated using quantum electrodynamics by Bethe and Heitler. Years later, Landau and Pomeranchuk found the effect of multiple scattering on bremsstrahlung. Using their results, it was Migdal who calculated the cross section of bremsstrahlung with multiple scattering effect. The impact of multiple scattering on bremsstrahlung is commonly known as the LPM effect and especially in high-Z mediums this model has good accordance with the observations.The fact that there are some problems on the LPM effect in low-Z mediums was first suggested by Spencer Klein after SLAC experiment performed in 1994. Although the observations with higher energies at CERN indicated inadequacy of Migdal theory in low-Z mediums, a detailed study has not yet been done.A complete understanding of the LPM effect in low-Z mediums has an important place in the understanding of ultra high energy cosmic ray showers in the atmosphere. The fundamental electromagnetic interactions for cosmic particles in showers are bremsstrahlung and pair creation processes. In both of these interactions, suppression on their cross sections due to multiple scattering becomes important above 1019eV in atmosphere. So LPM suppression has a significant effect on ultra high energy cosmic ray air showers. These energies are the region which astroparticle physics closely deal with since there are potential signs of new physics .This thesis is a pilot study to show whether it is possible to observe the problems of LPM theory in low-Z mediums at an accelarator environment and offer a model that it can be observed. For this purpose the emitted radiation from different targets with 178GeV electron beam energy was measured on May 2010 at CERN. Although the bremsstrahlung photons can not be isolated precisely in the presence on secondary interactions, our analysis gives hints that it is possible to eliminate backgroud radiation with an upgrade in the experimental setup.