Büyük hadron çarpıştırıcısında W+BJET son durumlu yukarı sektör yeni kiral kuarkın ve uyarılmış kuarkın rezonant üretimi
Resonant production of up sector new chiral family quark and excited quark with W+BJET final state at large hadron collider
Yazar: ALİ CAN CANBAY
Danışman: PROF. DR. ORHAN ÇAKIR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Temel bilimler = Basic sciences ; Yüksek enerji fiziği = High energy physics

Özet:
Bu tezde Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) kütle merkezi enerjisi √s=13 TeV için yukarı sektör yeni kiral kuarkların (U^') ve uyarılmış kuarkların (U^*) W+bjet son durumlarının araştırılması yapılmıştır. Çarpışma sürecinin olay üretimleri MadGraph5 ile FeynRules bünyesindeki VLQ_Chromomagnetic modeli kullanılarak yapılmıştır. Hadronlaştırma ve bozunum için PYTHIA8, algıç benzetimi için Delphes kullanılarak elde edilen Monte Carlo verileri, ROOT veri analiz yazılımından Python betikleri aracılığıyla analiz edilmiştir. Bu yeni ağır kuarkların rezonant üretimi tesir kesitleri hesaplanıp etkileşme köşelerinde belirtilen bağlaşımlara ve yeni fizik ölçeği seçimi için kütleye bağlı tesir kesiti sonuçları elde edilmiştir. Üretim ve bozunum sürecinin kinematik dağılımları parametrelere bağlı olarak gösterilmiştir. Sinyal süreci ile benzer son durum veren ardalan süreçleri incelenmiş ve bu ardalanlar için de son durum parçacıklarının kinematik dağılımları gösterilmiştir. Yeni ağır kuarkların seçilen kütle değerleri için değişmez kütle dağılımlarında, sinyali ardalandan ayırmak için çeşitli kesmeler uygulanmış ve sinyal-ardalan kinematik parametreleri üzerinde optimizasyon yapılmıştır. Bu değişmez kütle dağılımlarında kütlenin %20'si kadarlık bir aralıkta, LHC'nin 100 fb-1 toplanmış ışınlığı için sinyal ve ardalan olay sayıları hesaplanarak istatistiksel anlamlılık formülü uygulanmıştır. Bu sonuçlar, modeller arasındaki parametre dönüşümleri uygulanarak yeni kiral kuarklardaki ve uyarılmış kuarklardaki sonuçlara dönüştürülmüş ve sinyalin gözlenebileceği parametre bölgeleri belirlenmiştir. Böylelikle, bugünkü sınırlamalar da dikkate alındığında yeni ağır kuark kütlelerinin  M_Q>1.5 TeV TeV olması gerektiği ve bağlaşımlara bağlı olarak M_Q<3.5 TeV TeV kütleye kadar araştırılabileceği belirlenmiştir. Deneysel olarak LHC Run I'de yeni ağır kuarkların henüz keşfedilmemiş olması, kütlelerinin büyük veya bağlaşımlarının küçük olabileceği şeklinde yorumlanmıştır ve Run II verileri ile yapılacak analizlerde sinyal gözlenmemesi durumunda yeni ağır kuarklar üzerine daha güçlü sınırlama getirilebilecektir.

Abstract:
In this thesis, the W+bjet final states of new up sector chiral quarks (U^') and excited quarks (U^*) for the center of mass √s=13 TeV at the Large Hadron Collider (LHC) were searched. Event productions of collision process were made using MadGraph5 and the VLQ_Chromomagnetic model of FeynRules. The Monte Carlo data obtained using PYTHIA8 for hadronization and decay, Delphes for detector simulation were analyzed at ROOT data analysis software with Python scripts. Resonant production cross-sections of these new heavy quarks were calculated and mass dependent cross-section results were obtained for the selection of new physics scale and the coupling in the interaction vertex. Kinematic distributions of production and decay processes were shown depending on the parameters. The background processes that give a similar final state to the signal process are examined and the kinematic distributions of the final state particles are shown for these backgrounds. In the invariant mass distributions for the selected mass values of the new heavy quarks, various cuts were applied to separate the signal from the background and the signal-background kinematic parameters were optimized. In these invariant mass distributions, the statistical significance formula was applied by calculating the signal and background event numbers for the 100 fb-1 collected luminosity of the LHC in a range of 20% of the mass. These results were converted to the results of the new chiral quarks and excited quarks by applying parameter transformations between the models and the parameter regions where the signal could be observed were determined. Thus, considering the current limitations, it has been determined that new heavy quark masses should be M_Q>1.5 TeV and can be searched up to M_Q<3.5 TeV depending on couplings. The fact that the new heavy quarks have not yet been discovered experimentally in the LHC Run I is interpreted as these quarks having large masses or small couplings and if there is no signal observed in the analysis with Run II data, a stronger limitation may be placed on the new heavy quarks.