Yüksek-ışınlıklı ve yüksek-enerjili büyük hadron çarpıştırıcılarında spin-1/2 uyarılmış kuarkin iki-jet son durumunda araştırılması
A search for spin-1/2 excited quark with dijet final state at high-luminosity and high-energy large hadron colliders
Yazar: LEYLA AYDIN
Danışman: DOÇ. DR. YUSUF OĞUZHAN GÜNAYDIN
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Fenomenoloji = Phenomenology ; Parçacık fiziği = Particle physic

Özet:
Higgs bozonunun bulunması ile tamamlanan Standart Model (SM), madde-karşıt madde asimetrisi, karanlık madde, karanlık enerji, hiyerarşi sorunu, fermiyonik ailelerin tekrarlanması ve nötrino salınımları gibi hala açıklayamadığı bir çok soru vardır. Standart Model Ötesi (SMÖ) teoriler bu sorulara çözüm üretme amacındadır ve bunlardan biri de preonik modeller bir başka deyişle kompozitliktir. Kompozitlikle ilgili, CERN'deki Büyük
Hadron Çarpıştırıcısı'nda araştırmalar yapılmaktadır. Bu çarpıştırıcıdaki CMS ve ATLAS deneylerindeki fizikçiler, kompozitliğin doğrudan bir ispatını ortaya koyması beklenen uyarılmış kuarkın keşfine yönelik büyük bir gayret içerisidedirler. Son olarak, 13 TeV'lik kütle merkezi enerjisi ve 140 fb^−1 toplam ışınlık değeri ile uyarılmış kuark iki-jet son durumu için 6.7 TeV'lik deneysel bir dışarlama limiti getirilmiştir. BHÇ'daki bu deneyler 2023
yılının sonuna doğru veri alımının sonuna gelecektir. Bu aşamadan sonra CERN'de devreye sokulması planlanan iki yeni çarpıştırıcı projesi vardır. Bunlar, sırasıyla, 14 TeV kütle merkezi enerji ve yıllık toplam 350 fb^−1 ışınlık değeri ile Yüksek Işınlıklı-Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (YI-BHÇ) ve 27 TeV kütle merkezi enerjisi ve yıllık toplam 750 fb^−1 ışınlık değeri ile Yüksek Enerjili-Büyük Hadron Çarpıştırıcısıdır (YE-BHÇ). Bu çarpıştırıcılardan
ilki için 2020'lerin sonundan itibaren 10 yıllık, ikincisi için ise 2030'lu yılların sonundan itibaren 20 yıllık bir çalışma süresi öngörülmektedir. Her iki çarpıştırıcının da SMÖ teorilerin testinde önemli bir rol oynaması kaçınılmazdır. Haliyle uyarılmış kuarkların araştırılmasını daha ileri bir seviyeye çekecekleri de aşikardır. Bu çalışmada, her iki çarpıştırıcının temel parametreleri kullanılarak uyarılmış kuarkın iki-jet son durumundaki ulaşılabilir kütle sınırları ve kompozitlik ölçeği muhtemel aralığı, keşif (5σ), gözlem (3σ) ve dışarlama (2σ)
değerlerinin CalcHEP simülasyon programı ile hesaplanması ile belirlenmiştir. YI-BHÇ'nda 10 yıllık YE-BHÇ'nda 20 yıllık çalışma sürelerinin sonunda, kompozitlik ölçeği değerinin uyarılmış kuarkın kütlesine eşit alındığı durumda, uyarılmış kuarkın iki-jet son durumdaki keşif, gözlem ve dışarlama sınırları sırasıyla 8.1, 8.4 ve 8.7 TeV ve 14.8, 15.5 ve 16 TeV olarak hesaplanmıştır. Yine bu çarpıştırcılardaki kompozitlik ölçeği taramasında bu parametrenin
sırasıyla yaklaşık 9 ile 95 TeV ve 11 ile 3200 TeV aralığında bulunabileceği hesaplanmıştır.

Abstract:
There are many questions that the Standard Model, complete with the discovery of the Higgs boson, still cannot explain such as matter-antimatter asymmetry, dark matter, dark energy, the problem of hierarchy, repetition of fermionic families, neutrino oscillations, and so on. Beyond the Standard Model (BSM) theories aim to solve these questions and one of them is preonic models, in other words, compositeness. Physicists in the CMS and ATLAS
experiments at CERN are in a great effort towards the discovery of the excited quark, which is supposed to provide direct proof of compositeness. An experimental exclusion limit of 6.7 TeV was introduced for the excited quark with di-jet final state with a center of mass energy of 14 TeV and an integrated luminosity value of 140 fb^−1 , ultimately. These experiments in the LHC will come to the end of data acquisition towards the end of 2023. After this phase, there are two new collider projects planned to be constructed at CERN. These are the High Luminosity-Large Hadron Collider (HL-LHC) with a 14 TeV center of mass energy and an integrated luminosity value of 350 fb^−1 per year and the High Energy-Large Hadron Collider (HE-LHC) with a 27 TeV center of mass energy and an integrated luminosity value of 750 fb^−1 per year. For the first of these colliders, a 10-year operating period is envisaged from the end of the 2020s, and for the second, a 20-year operating period from the end of the 2030s. It is inevitable that both colliders play an important role in testing BSM theories, and it is obvious that they will further the search for excited quarks. In this study, the attainable mass limits and compositeness scale probable range of the excited quark with the di-jet final state using the fundamental parameters of both colliders, in a manner of discovery (5σ), observation (3σ), and exclusion (2σ) values calculated by CalcHEP simulation program. At
the end of 10 years for HL-LHC and 20 years for HE-LHC, when the composite scale value is taken equal to the mass of the excited quark, the discovery, observation, and exclusion limits of the excited quark with the di-jet final state are calculated as 8.1, 8.4 and 8.7 TeV and 14.8, 15.5 and 16 TeV, respectively. Again, in the search of the compositeness scale in these colliders, it has been calculated that this parameter can be found in the range of approximately 9 to 95 TeV and 11 to 3200 TeV, respectively.