SKALER LEPTONLARIN ÖZELLİKLERİNİN TeV ENERJİLİ

advertisement
SKALER LEPTONLARIN ÖZELLİKLERİNİN TeV ENERJİLİ
ÇARPIŞTIRICILARDA İNCELENMESİ
Aytül BİBER ŞENER
DOKTORA TEZİ
FİZİK ANA BİLİM DALI
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
HAZİRAN 2013
ANKARA
Aytül
Biber
ŞENER
tarafından
hazırlanan
SKALER
LEPTONLARIN
ÖZELLİKLERİNİN TeV ENERJİLİ ÇARPIŞTIRICILARDA İNCELENMESİ adlı
bu tezin Doktora Tezi olarak uygun olduğunu onaylarım.
Yrd. Doç. Dr. Metin YILMAZ
………………………
Tez Danışmanı, Fizik Anabilim Dalı
Prof. Dr. Saleh SULTANSOY
………………………
Tez Eş Danışmanı, TOBB ETÜ Fizik
Bu çalışma jürimiz tarafından oy birliği ile Fizik Anabilim Dalında Doktora Tezi
olarak kabul edilmiştir.
Prof. Dr. Abbas Kenan ÇİFTÇİ
………………………
Fizik Anabilim Dalı, A.Ü.
Yrd. Doç. Dr. Metin YILMAZ
………………………
Fizik Anabilim Dalı, G.Ü.
Prof. Dr. Saleh SULTANSOY
………………………
Tez Eş Danışmanı, TOBB ETÜ Fizik
Prof. Dr. Pervin ARIKAN
………………………
Fizik Anabilim Dalı, G.Ü.
Prof. Dr. Orhan ÇAKIR
………………………
Fizik Anabilim Dalı, A.Ü.
Doç. Dr. Özlem YEŞİLTAŞ
...……………………
Fizik Anabilim Dalı, G.Ü.
Prof. Dr. Hakan ÇİFTÇİ
……………………
Fizik Anabilim Dalı, G.Ü.
Tez Savunma Tarihi: 14/06/2013
Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Doktora derecesini
onamıştır.
Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
………………………
TEZ BİLDİRİMİ
Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde
edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu
çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf
yapıldığını bildiririm.
Aytül BİBER ŞENER
iv
SKALER LEPTONLARIN ÖZELLİKLERİNİN TeV ENERJİLİ
ÇARPIŞTIRICILARDA İNCELENMESİ
(Doktora Tezi)
Aytül BİBER ŞENER
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Haziran 2013
ÖZET
Bu çalışmada, skaler leptonların ve tau skaler nötrinoların çift üretimi CLIC
(Compact Linear Collider) de araştırılmıştır. Tau skaler nötrinoların, en hafif
süpersimetrik parçacık LSP (Lightest Supersymmetric Particle) olduğunu
düşünürsek; R parite ihlali (RPV) varlığında tau snötrino e çift üretimi
şeklinde bozunur. Bu tezde
~
e  e   ~      ;  e  e  (     e  e  )
fonsuz
(backgroundless) süreci detaylı şekilde incelenmiştir. R parite ihlali (RPV)
etkileşimlerinden ~    e  , (   e  ) bozunumları için Lagranjiyen terimleri

yazılmıştır. Tau skaler nötrinoların CLIC enerji değerlerinde üretim tesir
kesitleri ve bunlara bağlı olarak yıllık olay sayıları hesaplanmıştır. Eğer R
parite ihlali varsa fonsuz sürecimiz büyük önem kazanır. Ulaşılabilir tau skaler
nötrino kütle değerleri keşif ( 5 ) ve gözlem (3  ) limitlerine bağlı olarak
bulunmuştur. Elde edilen sonuçlara göre
S =0.5 TeV ve Lint  2.3 fb 1 de tau
skaler nötrino (~ ), kütlesi 243 GeV’den küçük olduğunda, keşfedilebilir.
S = 3 TeV ve Lint  5.9 fb 1 değerleri için ise keşif bölgesi M ~  1030 GeV’e
kadar genişlemektedir.
v
Bilim Kodu
: 202.1.149
Anahtar Kelimeler: Süpersimetrik parçacık, skaler lepton, tesir kesiti, snötrino,
olay sayısı
Sayfa Adedi
: 71
Tez Yöneticisi
: Yrd. Doç. Dr. Metin YILMAZ
vi
A SEARCH FOR SCALAR LEPTONS PROPERTİES AT
TeV ENERGY COLLİDERS
(Ph. D. Thesis)
Aytül BİBER ŞENER
GAZİ UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES
June 2013
ABSTRACT
In this study, the pair production of scalar leptons and tau sneutrinos at the
Compact Linear Collider (CLIC) has been investigated. We assume that tau
sneutrino is the lightest supersymetric particle and decays into e pair via R
parity
violating
(RPV)
interactions.
Backgroundless
subprocess
e  e   ~~      e  e  (     e  e  ) is analyzed in details. R parity violation
(RPV) interaction Lagrangian responsible for ~    e  ,   e  decays
is
given. The production cross sections of tau sneutrinos and corresponding
number of events per year are computed at the CLIC energy values. If R
parity is violated the backgroundless process under consideration is very
important. Achievable limits on Br (~  e) at 3  and 5 CL are obtained
depending on ~ mass. It is shown that CLIC with
S =0.5 TeV and
Lint  2.3 fb 1 will give opportunity to discover ~ if it’s mass is below 243 GeV.
The CLIC with ,
S = 3 TeV and Lint  5.9 fb 1 will enlarge the discovery region
up to M ~  1030 GeV.
vii
Science Code : 202.1.149
Key Word
: Supersymmetric particle, scalar lepton, cross section, scalar
neutrino, number of events
Page Number: 71
Adviser
: Assist.Prof.Dr.Metin YILMAZ
viii
TEŞEKKÜR
Tez çalışmalarım boyunca yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren saygıdeğer
hocalarım Prof. Dr. Saleh Sultansoy’a ve Yrd. Doç. Dr. Metin Yılmaz’a, sonsuz
teşekkürlerimi bir borç bilirim.
Ayrıca çalışmalarım sürecinde bana çeşitli konularda yardımcı olan arkadaşım Yrd.
Doç. Dr. Mehmet ŞAHİN’e ve manevi destekleriyle beni yalnız bırakmayan eşime
ve aileme sonsuz teşekkürler.
ix
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ......................................................................................................................iv
ABSTRACT ............................................................................................................vi
TEŞEKKÜR ..........................................................................................................viii
İÇİNDEKİLER........................................................................................................ix
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ......................................................................................xi
ŞEKİLLER LİSTESİ ..............................................................................................xii
RESİMLER LİSTESİ ............................................................................................xiii
SİMGELER VE KISALTMALAR ........................................................................xiv
1. GİRİŞ ...................................................................................................................1
2. STANDART MODEL .........................................................................................4
3. SÜPERSİMETRİK TEORİYE GİRİŞ...................................................................8
3.1. İşaretlerle Adlandırma ....................................................................................8
3.2. Süpersimetrik Parçacık Spektrumunun Araştırılması ....................................10
3.2.1. Skaler Leptonlar ................................................................................10
3.2.2. Skaler Leptonların Üretimi.................................................................12
3.3. LSP (En Hafif Süpersimetrik Parçacık) ........................................................13
3.3.1. Parametrelerin Enfilasyonu ................................................................14
3.3.2. Çeşni Demokrasisi .............................................................................15
3.3.3. Snötrino, En Hafif Süpersimetrik Parçacık.........................................16
3.3.4. Demokratik Kütle Matrisi ve Tan  ...................................................17
3.3.5. SUSY ve Preonlar..............................................................................18
x
Sayfa
4. LİNEER ÇARPIŞTIRICILARDA SÜPERSİMETRİK
PARÇACIKLARIN ÜRETİMİ ............................................................................20
4.1. R Parite Nedir?.............................................................................................20
4.2. R Parite Bozunumuyla Snötrino Çifti Üretimi ..............................................21
4.2.1. e  e   ~
v~
v Süreci ............................................................................21
~
4.2.2. e  e   v ~
v Sürecinin Lagranjiyeni ...............................................23
4.2.3. LLEc Aracı ile Bozunumu .................................................................24
4.2.4. LLEc / LQDc Bozunumları .................................................................26
4.2.5. e   e   v  v Sürecinin Tesir Kesiti Hesabı................................27
~
 
4.2.6. e e  v v~ Tau Snötrinolarının Çift Üretiminin Tesir Kesiti .........36
5. TAU SNÖTRİNOLARININ v~ (LSP OLAN) RPV BOZUNUMU
ARACILIĞI İLE ÇİFT ÜRETİMİNİN CLIC’DE ARAŞTIRILMASI ..................39
~
5.1. ~   (   e _ )(  e _ ) Sürecinin Lagranjiyen Hesabı...................................39
5.2. Kütleye Bağlı Nümerik Tesir Kesiti Hesabı..................................................41
5.3. e+ e- Çarpıştırıcıları......................................................................................48
5.4. Yüksek Enerji Fiziğinde Yeni Hesaplama ve Simulasyon Teknikleri............50
6. SONUÇ VE ÖNERİLER ....................................................................................55
KAYNAKLAR.......................................................................................................56
EKLER...................................................................................................................60
EK – 1 Pauli ve Dirac Matrisleri .............................................................................61
EK – 2 Kullanılan Feynman kuralları......................................................................64
EK – 3 Sfemionlar için iki parçacıklı bozunum oranı ..............................................66
EK – 4 CERN Hakkında .........................................................................................68
ÖZGEÇMİŞ............................................................................................................71
xi
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge
Sayfa
Çizelge 2.1. Temel fermiyonların kütleleri, elektrik yükleri ve izospinleri................5
Çizelge 2.2. Temel etkileşimlerin kuvvet taşıyıcıları .................................................7
Çizelge 3.1. Süpersimetrik partnerlerin sembollerle gösterilmesi..............................9
Çizelge 3.2. Süpersimetrik parçacıkların kütlelerindeki deneysel sınırlar.................12
Çizelge 4.1. e  e  çarpıştırıcısı için bozunum kanalları ve son durumları ................25
Çizelge 4.2. Snötrino çiftinden üretilen 4 lepton son durumları ...............................25
Çizelge 4.3. GWS Modelinde Nötral Vektör ve Axial Vektör Çiftleimleri...............28
Çizelge 5.1. CLIC’in temel parametreleri, N; demet başına düşen electron sayısı...41
Çizelge 5.2.
S  0.5 TeV için tau snötrino kütlelerine bağlı olarak, RPV
çiftlenimli tesir kesiti ve olay sayıları.................................................44
Çizelge 5.3.
S  3 TeV için tau snötrino kütlelerine bağlı olarak, RPV çiftlenimli
tesir kesiti ve olay sayıları..................................................................44
~
Çizelge 5.4. CLIC de S  0.5 TeV de; Br (~    e  )  Br (     e  )
dallanma oranlarının ulaşılabilir limitleri .............................................47
~
Çizelge 5.5. CLIC de S  3 TeV de; Br (~    e  )  Br (     e  )
dallanma oranlarının ulaşılabilir limitleri ............................................47
Çizelge 5.6. Lineer e+e- çarpıştırıcılarının ana parametre tablosu............................50
xii
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil
Sayfa
Şekil 3.1. e  e   e  ~
e  ~ için bozunum modu yoluyla skaler elektron
ve photinonun üretimi.............................................................................13
Şekil 4.1. Temel 3’lü diagram: Lepton sayısı ihlali (L ) ..........................................21
~
~ sürecinin t -kanalı ile wino değişimi ................................22
Şekil 4. 2. e e  v v
 
~ v~ s – kanalı ile
Şekil 4. 3. e e  v
 

Z 0 değişimi ...............................................22

Şekil 4.4. e  e  v  v Sürecinin Feynman diyagramı ................................27
~
 
Şekil 4.5. e e  v v~ Sürecinin Feynman Diyagramı .........................................36
~
 
v    e    e  sürecinin Feynman diyagramı........................40
Şekil 5.1. e e  v ~
~
Şekil 5.2. e  e   ~  sürecinin CLIC, S  0.5 TeV’de tau snötrino
kütlesine göre tesir kesiti değişimi ..........................................................42
~
Şekil 5.3. e  e   ~  sürecinin CLIC , S  3 TeV’de tau snötrino
kütlesine göre tesir kesiti değişimi .........................................................42
Şekil 5.4.
S  0.5 TeV de tau snötrino kütle değerlerine karşılık
dallanma oranları ulaşılabilir limitleri .................................................46
Şekil 5.5. S  3 TeV de tau snötrino kütle değerlerine karşılık
dallanma oranları ulaşılabilir limitleri ..................................................46
Şekil 5.6. CLIC-1’in şematik görünüşü ...................................................................49
Şekil 5.7. CompHEP’den sembolik hesaplar şeması................................................52
Şekil 5.8. CompHEP’teki nümerik hesapların şeması..............................................53
xiii
RESİMLERİN LİSTESİ
Resim
Sayfa
Resim 5.1. Lineer e+e- çarpıştırıcısından bir görüntü ............................................50
Resim 5.2. Çarpışma sırasında meydana gelen bir olayın dedektördeki görünümü...54
Resim 5.3. Simulasyon sonucu elde edilen görüntü .................................................54
xiv
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte
aşağıda sunulmuştur.
Simgeler
Açıklama

İnce yapı sabiti
s
Kuvvetli etkileşmelerin çiftlenim sabiti

Tesir kesiti

Bozunma band genişliği
Br
Dallanma oranı

Skaler nötrino hız sabiti
M
Genlik
PT
Iraksamayı engelleyen kat
Lint
İntegre edilmiş ışınlık
Kısaltmalar
Açıklama
QED
Kuantum elektrodinamik
QCD
Kuantum kromodinamik
RPV
R Parity Violation
CLIC
Compact Linear Collider
ISR
Inıtial State Radiation
BS
Beamstrahlung
LHC
Large Hadron Collider
xv
Kısaltmalar
Açıklama
BSM
Beyond the Standart Model
LSP
Lightest Supersymetric Particle
CERN
Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire
DMM
Democratic Mass Matrix
ILC
International Linear Collider
GSW
Glashow-Salam-Weinberg
SM
Standart Model
1
1. GİRİŞ
Parçacık fiziği, madde ve enerjinin temel yapıtaşlarının ve aralarındaki etkileşimin
incelenmesidir. Parçacık hızlandırıcılarında yapılan çarpışmalarda, kullanılan ve
ortaya çıkan enerji düzeyleri çok yüksek olduğundan buna yüksek enerji fiziği de
denir. Atom altı parçacıkların çoğu serbest haldeyken ömürleri çok kısa olduğundan
normal şartlarda gözlenemezler. Bu yüzden parçacık hızlandırıcılarında, yüksek
elektrik alan ya da manyetik alan etkisiyle hızlandırılan parçacıkların ya sabit hedef,
yada birbirleri ile çarpıştırılması ile ortaya çıkan yeni parçacıklar gözlemlenir.
Hızlandırılan parçacığın belli bir yaşama ömrünün ve elektrik yükünün sıfırdan farklı
olması gerekir. Parçacık hızlandırıcılarında ulaşılan yüksek enerjilerde proton ve
nötronların daha alt birimleri olan kuarklar ve gluonlar incelenebilmektedir.
Hızlandırıcıların tasarımı, onların kullanım amacına göre ya yüksek ışınlıklı, ya da
yüksek enerjili olmalıdır. Temel parçacıkların özelliklerinin incelenmesinde olay
sayısındaki yüksek istatistiklere ulaşmak için yüksek ışınlığa sahip olan
hızlandırıcıların kullanılması gereklidir. Yeni parçacıkları üretmek ve onların
özelliklerini incelemek için ise yüksek enerjili hızlandırıcılar gerekmektedir.
Temel parçacıkların neler olduğu, hangi kuvvetlere göre nasıl etkileşmelerde
bulundukları 2. Bölüm’de Standart Model (SM) adı altında anlatılmıştır.
SM kütle çekim kuvvetini açıklayamaz. Bu eksiklik SM’nin en büyük
eksikliklerinden biridir. Bundan başka kavramsal eksiklikler vardır. Neden müonun
  kütlesi, elektronun kütlesinin 200 katıdır? Niçin bütün nötrinoların   kütlesi bu
kadar küçüktür? Niçin  ile gösterilen elektromanyetik etkileşme sabitini içeren
terim, düşük enerjilerde   1 / 137 ’dir.
Standart Modeli geçerli bir kuram olarak kabul etmek için fizikçiler maddeye kütle
kazandıran bir Higgs parçacığı önerdiler. Spini olmayan bu parçacık kısa bir süre
önce CERN(Avrupa Nükleer
Araştırma Merkezi) – LHC(Büyük Hadron
2
Çarpıştırıcısı) de gözlenmiştir. Bu parçacık olmasaydı, elektronun, protonon ve
nötronun kütlesi olmayacağı için atomlar oluşamayacaktı ve hayat olmayacaktı.
Eğer bu bozon bulunmasaydı SM’de köklü değişiklikler yapmak zorunda kalacaktık.
Standart Model madde, anti madde arasındaki ilişkiyi tam olarak açıklamakta yeterli
değildir. SM’in bu eksikliklerinden dolayı fizikçiler farklı model arayışı içine
girmişlerdir. Süpersimetri de bunlardan biridir.
Süpersimetriye göre her fermiyona bir bozon ve her bozona bir fermiyon karşılık
gelir. SM deki her kuarka spini s=0 olan bir skuark (skaler-kuark) her leptona spini
s=0 olan bir slepton (skaler-lepton) her W , Z ,  ( foton ) , g ( gluon ) ’a spini s=1/2 olan
gaugino karşılık gelir. SM’deki Higgs bozonuna karşılık 5 tane Higgs bozonu ve her
birine spini s=1/2 olan Higgsino karşılık gelir.
Süpersimetrik eşlerin en önemli özelliklerinden biri de eş olan fermiyon ve
bozonların aynı kütleye sahip olmalarıdır. Süpersimetrik teorilerde kullanılan
notasyonlar, skaler leptonların çeşitleri ve süpersimetrik parçacıkların kütlelerindeki
limitler 3. Bölüm’de ayrıntılı şekilde verilmiştir. Ayrıca, Çeşni Demokrasisi ve
DMM (Democratic Mass Matrix) incelemesiyle, En Hafif Süpersimetrik Parçacık
(LSP) konusunda tespitler yapılmıştır.
Snötrinolar en hafif süpersimetrik eşlerse ve R parite korunmuyorsa, incelediğimiz
süreç büyük önem kazanacaktır. Sürecimizin lagranjiyen hesabı, mümkün lepton
bozunumları 4. Bölüm’de ele alınmıştır. Ayrıca bu bölümde e  e  çarpıştırıcısında
nötrino çift üretim tesir kesiti hesabıyla, snötrino çift üretim tesir kesiti hesabı
yapılmış, birbiriyle karşılaştırılmıştır.
Bu çalışmada tau snötrinolarının RPV (R Parity Violating) aracılığı ile çift üretiminin
CLIC’de araştırılması amaçlanmıştır. 5. Bölüm’de tau snötrinolarının e çiftlerine
RPV ile bozunumu araştırılmıştır.
s =0.5 TeV ve
s =3 TeV için ilgili Feynman
diyagramı çizilmiş ve tesir kesitleri hesaplanmıştır. Yine bu bölümde tau snötrino
3
dallanma oranları ve kinematik limite kadar yapılan keşif ve gözlem değerleri
verilmiştir.
Bu araştırmaların tümü TeV enerjili e  e _ çarpıştırıcılarında yapılmıştır. Lepton
çarpışmalarında TeV enerjilere ulaşmak için en ileri öneri kompakt lineer çarpıştırıcı
(CLIC) dir. Çarpışma sırasında meydana gelen olaylar dedektör yardımıyla izlenir,
sonuçlar farklı simulasyon teknikleri kullanılarak analiz edilmiştir.
Bu çalışma yapılırken CompHEP, CalcHEP, MATHEMATICA, GNUPLOT
programları kullanılmıştır. Çarpışma sonrasındaki snötrinoların kütleye bağlı tesir
kesiti grafikleri çizilmiş, olay sayıları hesaplanmıştır.
6. Bölüm’de bulunan sonuçların yorumları yapılmıştır.
4
2. STANDART MODEL
Standart Model, temel parçacıkların nasıl sınıflandırıldığını ve farklı kuvvetler
aracılığıyla birbirleri ile nasıl etkileştiklerini açıklayan bir teoridir. Maddenin temel
yapısını oluşturan parçacıklar, fermiyonlar (kuarklar ve leptonlar) ve bozonlar (alan
parçacıkları) olarak sınıflandırılırlar. Fermiyonların spini (s=1/2, 3/2, 5/2) buçuklu
sayılardan oluşur.
Leptonlar, kuvvetli etkileşmeye girmeyen zayıf ve elektromanyetik etkileşimde
bulunan parçacık grubudur. Bu grupta elektrik yükü Q = -1 olan elektron e  , muon
  , ve tau   ile bunların her birine ait elektrik yükü Q = 0 olan ve , v  , v
nötrinoları vardır. Bu parçacıklardan yalnızca elektron normal maddenin yapısında
yer alır. Bunun nedeni elektron en hafif yüklü parçacıktır, bozunarak dönüşebileceği
daha hafif bir parçacık yoktur. Bu nedenle kararlı olmak zorundadır. Buna karşılık 
ve  oldukça kararsız parçacıklar olup normal maddenin bir parçası olamazlar.
Kuarklar, elektrik yükleri Q = 2/3 olan u yukarı(up), c tılsım(charm), t üst(top)
kuarkları ile elektrik yükleri Q = -1/3 olan, d aşağı(down), s acaip(strange), b
alt(bottom) kuarklarından oluşur. Her kuark 1/3 baryon sayısına sahiptir. Kuarkların
leptonlardan farkı ise renk kuantum sayısına sahip olmalarıdır. Kırmızı ,mavi, yeşil
olarak belirlenen kuantum sayıları kuarkların bu renklere sahip olduğunu göstermez.
Bu üç temel rengin eşit karışımı nötr beyaz renk verdiğinden, üç kuvvetli yükün eşit
karışımıda renk yükü nötr olan bir hadron oluşturmaktadır. Bu kullanım bu yüzden
uygundur. Kuarklar tek başlarına gözlenemezken, deneysel olarak gözlenebilen
hadronlar içine hapsedilmişlerdir. Altı kuarkın (u, d, s, c, b, t) her biri bu üç rengi
taşıyabilmektedir. Buna göre üç kuark öyle şekilde bir araya gelmelidir ki daima renk
yükü sıfır olan hadronlar oluşmalıdır. Hadronlar, baryonlar ve mezonlar olmak üzere
ikiye ayrılır. Baryonlar üç kuark ve üç anti kuarktan oluşan fermiyonlardır. Bunlara
fermiyonik hadron da denir. Proton p = uud ve nötron n = udd fermiyonik hadron
yapısındadır. Mezonlar ise bir kuark ve bir antikuarktan oluşan spinleri tamsayı olan
5
bozondurlar. Bu yüzden mezonlara bozonik hadron da denir. Pion,   = u d ve
  = d u ve kaon, K   u s ve K   su mezonlara örnek verilebilir.
Çizelge 2.1.Temel fermiyonların kütleleri (GeV), elektrik yükleri ve izospinleri[29]
L
E
0,5109  10 3
0,1056
1,7769
-1
-1
-1
P
T
1/2
e
½

1/2

O
N
< 3  10 9
< 19  10 5
< 18  10 3
L
0
0
0
A
R
e
1/2
1/2

1/2
K
0,002
1,3
173
U
2/3
2/3
2/3
A
R
1/2
u
1/2
c
1/2
K
0,005
0,1
4,2
L
1/3
-1/3
-1/3
A
1/2
d
1/2
s
1/2

t
b
R
1.aile
2.aile
3.aile
Tabiattaki dört temel etkileşim; güçlü, elektromanyetik, zayıf ve kütle-çekim olarak
tanımlanır. Bu kuvvetlerin yer aldığı tüm etkileşmelere alan parçacıkları aracılık
eder. Parçacıklar arasındaki etkileşmeler bir ara parçacık değişimiyle meydana gelir.
Bu ara parçacıklara bozon adı verilir. Elektromanyetik etkileşmenin ara bozonu s = 1
olan fotondur. Elektromanyetik etkileşmeler yüklü parçacıklara etki eder, sonsuz
menzile sahiptir. Elektrik ve manyetik kuvvetlerin etkisi altında kendini gösterir.
Elektrik yükleri arasındaki etkileşmenin teorisine; kuantum elektrodinamiği (QED)
denir. Foton, QED teorisinde kuvvete aracılık eden parçacıktır.
6
Kuarklar arasındaki kuvvetli etkileşmenin ara bozonu spin s = 1 olan 8 renkli
gluondur. Kuvvetli etkileşme çok kısa menzile sahiptir, uzaklık arttıkça etkileşmede
artar. Bu etkileşme baryonlar ve çekirdek içinde geçerlidir ve gluon alışverişi ile
gerçekleşir. Kuarklar arasında renk kuvveti bulunmaktadır. Renk yükleri arasındaki
kuvvetli etkileşmenin teorisine kuantum kromodinamiği (QCD) denir. QCD
teorisinde kuvvet ileten yüksüz parçacıklar gluonlardır. Gluonların aracılık ettiği
kuvvetli etkileşmeler, proton, nötron ve mezon gibi parçacıkları oluşturmak için
kuarkları bir arada tutar.
Leptonlar
sadece
elektromanyetik
ve
zayıf
etkileşmelere katılırlar.
Zayıf
etkileşmelerin ara parçacıkları spini s = 1 olan W  , W  ve Z 0 bozonlarıdır. W  ve
Z 0 kütlelerinin çok büyük oluşu zayıf etkileşmenin kısa erimli (10-18) oluşunu
açıklar. Zayıf etkileşmenin ara parçacıklarının çok ağır oluşu nedeniyle, zayıf
etkileşmeyle elektromanyetik etkileşme, düşük enerjilerde birbirinden çok farklıdır.
Fakat çok yüksek enerjilerde bu etkileşmeler simetrik özellik gösterir. Bundan dolayı
iki etkileşme birleştirilerek elektro-zayıf etkileşme adı altında incelenmektedir.
Glashow-Salam-Weinberg- (GSW) [36,37].
Son olarak henüz gözlemlenmemiş, spini s = 2, çift tamsayı olan graviton, kütle –
çekim etkileşmelerinin ara parçacığıdır. Kütle çekim, bilinen kuvvetler arasında en
zayıf olan kuvvettir. Elektromanyetik kuvvetten 1036 kat daha zayıftır.
SM elektromanyetik, zayıf ve kuvvetli etkileşmeleri açıklayan teorik olarak
SU (3) C  SU (2)W  U (1) Y ayar simetrisine bağlı bir kuantum alan teorisidir.
Elektromanyetik etkileşmelerin ayar grubu U (1) EM dir. Elektrozayıf etkileşmenin
simetri grubu SU (2)W  U (1) Y dir. Kuvvetli etkileşmenin simetri grubu SU (3) C dir.
Standart Model (SM) tüm soruları yanıtlayamaz [34]. Elektrozayıf etkileşmenin iki
ara parçacığından, fotonun kütlesi yokken, W  ve Z bozonlarının neden kütleli
oldukları cevaplanamamıştır. W  ve Z 0 bozonlarının 0’dan farklı durgun enerjileri
parçacık kütlesinin kaynağı sorusunu ortaya çıkarır. Bu probleme çözüm getirmek ve
7
elektrozayıf simetriyi kırmak için, farklı modeller öngörülmüş, Higgs bozonu denilen
bir parçacık önerilmiştir [38,39].
İki parçacık arasındaki etkileşmenin kuantumlu alanlarla temsili Feynman diyagramı
ile gösterilebilir. Feynman diyagramı düşey eksendeki zamanın, gerçek yatay
eksendeki uzaya göre nitel grafiğidir.
Çizelge 2.2.Temel etkileşimlerin kuvvet taşıyıcıları
Temel
Etkileşimler
Erişimi
(m)
Kuvvet
Simetri
Taşıyıcısı
Grubu
Kaynağı
Şiddeti
(İzafi)
(GeV)
Güçlü
10 15
Gluon:0
SU (3) C
Elektromagnetik
∞
Foton:0
10 18
W  : 82,4
1
Elektrik yükü
10-2
Zayıf
10-13
U(1)
W  : 82,4
Zayıf
Renk yükü
SU (2)W
hiper yük
Z 0 : 93,1
Kütle Çekim
∞
Graviton:0
-----
Kütle
10-38
8
3. SÜPERSİMETRİK TEORİYE GİRİŞ
3.1. İşaretlerle Adlandırma
Süpersimetrik teorilerde, her normal parçacık için bir skaler partner gereklidir [2]. Bu
bize yeni notasyonlar kullanmamız gerektiğini söyler. Tablo 3.1’de yeni işaretlerle
gösterim şekilleri verilmiştir.
Standart parçacığın her biri için bir süper partner gösterilmiştir. Kütle öz durumları
zayıf öz durumlarının lineer kombinasyonlarıdır. İsimleri farklılık gösterir, çünkü
farklı özelliktedirler. Standart parçacıklar için, sol elli elektron eL , SU(2) dublete ve
sağ elli elektron e R , SU(2) singlete, sol elli up quark u L , u R , d L , d R zayıf öz
durumlarına sahip olmalıdır. Bunların her biri
~
eL , ~
eR , u~L , u~R gibi bir skaler
partnere sahiptir.
Süpersimetrik parçacıklar bazı kurallara göre isimlendirilirler ve bir (~) işaretine
~
sahiptirler. Süpersimetrik parçacıkların kütleleri M ile gösterilir. Sıradan parçacık
kütleleri için ise m kullanılır.
~ , ~z , q~ , ~
Zayıf etkileşim durumları w
l , g~ gibi sembollerle gösterilir. Süper partnerler
için ino’ eki kullanılır. Bozonlar; wino, zino, bino, photino, glunio higgsino (topluca
gaugino) diye isimlendirilirler. Fermiyonların süperpartnerleri için skaler’ ön eki
kullanılır. Örneğin; skaler – quark , skaler – elektron, skaler – nötrino gibi.
Parçacıkların kütle özdurumları, zayıf özdurumlarından farklı olmalıdır. Genelde
~
yüklü, spini 1/2 kütle özdurumları, chargino diye adlandırılır ve X i şeklinde
~
gösterilir. Nötral spini 1/2 kütle öz durumları nötralino diye adlandırılır ve X i0
şeklinde gösterilir. Zayıf etkileşim durumu q~L ve q~R ile gösterilir, kütle özdurumu
ise q~1 ve q~2 ile gösterilir. Kütle öz durumları özel bağlanmaya sahiptir. Charginolar
~  bir wino, eğer bağlanma Higss
için, eğer bağlanma W bozonu ile oluyorsa w
9
~
bozonu ile oluyorsa h  bir higgsino kullanılır. Benzer şekilde foton, ~ şeklinde
gösterilir ve photino, yada, zino, higgsino diye söylenir. Wiggsino ve ziggsino
durumları için özel notasyonlar (gösterimler) kullanacağız. Wiggsino durumları
~ ,w
~ ile gösterilir. ziggsino durumu ~ ve ~ ile gösterilir [2].
w
1
2
1
2
Çizelge 3.1. Süpersimetrik partnerlerin sembollerle gösterilmesi
Normal tanecikler
Zayıf etkileşim durumu
Kütle öz durumları
q= u,d,s,c,b,t
Sembol isim
q~ , q~ skaler-quark
Sembol isim
q~ , q~
skaler-quark
  e,  , 
~ ~
L , R
skaler-lepton
~ ~
1 , 2
skaler-lepton
   e  
~
skaler-nötrino
~
skaler-nötrino
g
g~
gluino
g~
gluino
w
wino
H1
~
w
~
H1
higgsino
~
X 1, 2
chargino
H 2
~
H 2
higgsino

fotino
Z0
~
~
Z0
H10
H10
higgsino
H 20
~
H 20 higgsino
W 3 


B 


~
W 3 
~ 
B 


L
R
1
2
zino
~
X i0
nötralino(neutralino)
 wino 


 bino 
Bozonların partnerleri için, karışım genellikle zayıf özdurumları içinde meydana
gelir. Bu yüzden farklı sembollere ihtiyacımız var. Kütle özdurumları için
adlandırmalar ve semboller ( ~
x ) yada bağlanmalar düşünülür. Z ve  , W 3 ve B nin
i
lineer kombinasyonlarıdır.
  cos  w B  sin  wW 3
(3.1)
10
Z   sin  w B  cos  wW 3
(3.2)
~
~ ~
W 3 ün benzer kombinasyonlarıyla birlikte verilen semboller B , Z 0 , ~
dur.
Elektromanyetik etkileşmelerin etkileşme sabiti e, veya buna eşdeğer olarak 
düşük enerjiler için ince yapı sabitidir.
e 2 / 4    1 / 137
benzer şekilde;


q q~ g~  q~ q g~  q~ q g~  q~ q~ g ,
g g g  g~ g~ g~
gibi süreçler için
g s ( g 02 / 4   s  0.15 )
Kuvvetli etkileşmeler diğer etkileşmelere göre daha şiddetlidir. Bu şiddet kuvvetli
2
etkileşme sabiti g s veya  s  g s / 4 ile verilir. Zayıf etkileşim durumları için
yukarıda verilenler chargino yerine ve nötralino kullanımı ve zayıf özdurumlarıyla
kütle özdurumlarının kombinasyonu uygun bir şekilde yapılabilir.
3.2. Süpersimetrik Parçacık Spektrumunun Araştırılması
3.2.1. Skaler leptonlar
~
Skaler leptonlar iki şekilde söylenir. Birincisi ( lL ) sol elli lepton, l L ile ilşkili (zayıf
~
SU(2) doublet) ikincisi ( l R ) sağ elli lepton, l R ile ilişkili (zayıf SU(2) singlet ) ve
~
~
genellikle l L ve l R karışımı beklenir.
11
Kütle özdurumu
bu durumun lineer kombinasyonlarına bağlı olacaktır. Eğer
photinolar kütlesiz değil ise ne olacaktır? Bunun cevabı için ilk olarak skaler lepton
bozunum işaretlerini incelemeliyiz.
Eğer photinolar hafif ise skaler – lepton bozunumu hızlı bir şekilde olur. %100
dallanma oranı ile;

~ 
l  l  ~ için

~
~
~
~
(l   l  ~)   ( M l2  ml2  M 2 ) Pl / M l2
(3.3)
Buradaki;
~
~
~
Pl  1 / 2 (M l2 , ml2 , M 2 )2M l
(3.4)
lepton momentumudur. Skaler leptonun photino etkileşimleri normal çarpıştırıcı
~
dedektöründe oldukça zayıf tespit edilir. Dolayısıyla l  çerçevesinde eğer biz
leptonun kütlesini ihmal edersek, olaydaki enerjinin yarısı kaçar.
Eğer photino skaler leptondan daha ağır ise skaler lepton bozunumu süpersimetrik
parçacıkların hafifliğine bağlıdır.
~
Skaler nötrinolar hafif ise β bozunumu , l  l  v~
süreci şeklinde zayıf
etkileşimlerde meydana gelmesi daha hızlı bir şekilde gerçekleşir.
Bu olay winonun kütlesine bağlıdır. Bu bozunum çarpıştırıcıda oldukça hızlı
meydana gelir.
12
Çizelge 3.2. Süpersimetrik parçacıkların kütlelerindeki deneysel sınırlar [50]
SUSY Parçacık
~
e skaler elektron
Kütle Limiti(GeV)
m > 107
~ skaler muon
m >94
~ skaler tau
m >81.9
v~ L  skaler nötrino
m > 94
v~ R  skaler nötrino
------
~
b skaler dip
~
t skaler tepe
q~(q  u, d , s, c)
m > 89
m > 95.7
m>1.100  103
0
~1 nötralino
m > 46

~1 chargino
m > 94
g~
m > 500
gluino
3.2.2. Skaler leptonların üretimi
Yüklü skaler leptonlar elektromagnetik etkileşimlerde, 
ve Z 0 kanalıyla
~ ~
e  e   l  l  şeklinde üretilirler. Yüklü skalerler için e  e   ~
e ~
e  bozunum modu, t
kanalıyla, photino ve zino değişimi içererek olmak zorundadır. Gözlenemeyen
photino içeren olayların, enerji kaybı nedeniyle skaler lepton üretiminin oluşumunu
~ ~
saptamak mümkündür. Özellikle; e  e   l  l  bozunum modu öne çıkar. l  l 
çiftinde kayıp enerjinin çoğu gözükür. Skaler lepton üretimi için toplam tesir kesiti
~
aşağıdaki gibi yazılır. ( l  e~ )
~ ~
 (e  e   l  li  )  ( 3 / 3s )  3  ei2  8rei (T3i  ei sin 2 w) (1  4 sin 2 w)
 16r 2 (T3i  e sin 2 w) (1  (1  4 sin 2 w) 2

(3.5)
13
ei elektrik yükü ve T3i zayıf izospinin üçüncü bileşeni yüklü skaler leptonlar için,
e = -1 ve T3i = -1/2 olarak verilir.
Denklem 3.5’deki r parametresi ise;

r  s / 16( s  m z2 ) cos 2 w sin 2 w

(3.6)
Şeklinde tanımlanır. s  m z2 uygun genişliği düzeltme için geçerlidir.
e
+
e
e+
+
e

~
e
~
e
e(a)
~
~
e-

(b)
Şekil 3.1. e  e   e  ~
e ~ için bozunum modu yoluyla skaler elektron ve
photinonun üretiminin Feynman diyagramları [2].
3.3. LSP (En Hafif Süpersimetrik Parçacık)
Sağ elli skaler nötrino, süpersimetrik parçacıkların en hafifi olabilir [6]. Sağ elli
nötrinoların varlığı, onların süper partnerlerini de mümkün kılmaktadır. Çeşni
demokrasisi tanβ’nın büyük değerlerini öngörmektedir.
Serbest parametrelerin büyük sayılarda oluşu üç aileli MSSM, bazı basitleştirilmiş
versiyonları düşünmemize yol açar, bu yüzden MSSM sıkıntılıdır [7,8]. Genel olarak
aileler arası karışım ihmal edilmektedir.
14
3.3.1. Parametrelerin enflasyonu
Sağ elli nötrinoların varlığını kanıtlayan birinci neden şudur; SM’nin çerçevesinde
 R lar quark – lepton simetrisine göre up – type quarklarının sağ elli bileşenlerinin
benzerleridir. SM’nin uzantılarının hemen hemen hepsi; SU(5), GUT (büyük bileşim
teorisi)
sağ
elli
nötrinoları
içerir[40,42].
Üstelik
nötrino
salınımlarının
gözlemlenmesi  R için deneysel kanıt sağlar. Bu yüzden 3 aileli MSSM’ nin sağ elli
nötrinolar içerdiğini düşünüyoruz. Aşağıdaki 6 türden 5 tanesi, oluşturulan ailenin
kabul edilmiş olanlarıdır [8].
q, d , u , l, e ve v
q ve l zayıf izo – dublet, geriye kalanlar ise izo – singletlerden oluşur. SM
fermiyonlarının kütleleri ve onların süper partnerlerinin kütleleri aşağıdaki
lagranjiyenden üretilir.
L=Lscaler+Lyukawa+Ltriscaler,
(3.7)
Birinci terimin açık formu
Lscaler 
m
2
Aij
~
*
~
Ai A j
A, i , j
(3.8)
A terimi altı türlü skaler tanecik içerir. i, j = 1, 2, 3 aile terimleri için verilmiştir. Bu
yüzden bu kısım altı 3x3 hermityen kütle matrisi ve bunların da her biri altı gerçek
parametre ve üç fazı içerir. Yukava kısmı süper potansiyelden türetilir.
WYukawa   (q i uij u j H u  q i  d ij d j H d  l i  v ij v j H u  l i eij e j H d )
(3.9)
Dört Yukova matrisi  , her biri dokuz fazdan dokuz gerçek parametreden oluşur.
15
~
~ ~
~ ~
~
Ltriscaler   ( q~i a u ij u j H u  q~i a dij d H d  li a vij v j H u  li a eij e j H d ) xM ,
(3.10)
a genel 3x3 matrisidir ve M kütle parametreleridir. Sonuç olarak 90 tane fazımız 108
tane gerçek parametrelerimiz var. Bununla birlikte onların bir kısmı gauge
sektörünün simetrisinden dolayı gözlemlenemez. Dolayısıyla 18 açı ve 34 faz
kullanılabilir. MSSM sektörünün önemi, temel fermiyonların ve onların süper
partnerlerinin 90 gözlenebilir paremetre içermesidir.
MSSM’nin
bakış
açısından,
yüklü parçacıkların araştırılması
az
bulunan
parçacıkların araştırılması kadar ilginçtir. Çünkü tahmin etme şansını, deneysel alt
seviyelere kadar hatta çok nadir süreçlere kadar mümkün yapar.
3.3.2. Çeşni demokrasisi
Çeşni demokrasisinin, diğer bir deyişle demokratik kütle matris hipotezinin ana
kabulleri aşağıdaki gibidir.
Fermiyonlar kendiliğinden simetri kırılmasından önce aynı kuantum sayılarıyla ayırt
edilemezler. Bu yüzden Yukawa bağlaşımları fermiyonların hepsi için aynıdır [9].
 uij   u ,  dij   d , lij   l ve ij  
Dört tür fermiyonun hepsine, Dirac kütlesini veren bir Higgs alanı vardır. Bu yüzden,
yukawa sabitleri farklı fermiyonlar için yaklaşık olarak eşittir [10].
u  d  l    
İlk kabulün sonucunda SM fermiyonların her türü için n-1 kütlesiz tanecik ve bir ağır
tanecik m = n F ( F  u, d , l , v) elde edilir. İlk n-1 aile fermiyonlarının kütleleri aile
arası karışımları sonucu elde edilir [11]. İkinci açıklama SM deki dördüncü ailenin
varlığı varsayımı için yol gösterici olabilir. Sonuçta çeşni demokrasisi başlangıçtaki
16
kütleli parçacığın (ağır parçacık) süper pozisyonu olarak, kütlesiz durumlara fırsat
sağlar. Bu özellik preonik modeller için yararlı olabilir çünkü genelde kompozit
nesnelerin kütleleri kompozit olmayan nesneler için gereklidir.
3.3.3. Snötrino en hafif süpersimetrik parçacık
Demokratik kütle matrisi hipotezi MSSM içinde uygulanabilir. Örneğin çeşni
demokrasisine göre skaler nötrino kütle matrisinin formu aşağıdaki gibidir.
m L2 L
 2
m L L
 2
m L L
 2
m R L
m 2
 RL
m R2 L

mL2 L mL2 L mL2 R mL2 R mL2 R 

mL2 L mL2 L mL2 R mL2 R mL2 R 

mL2 L mL2 L mL2 R mL2 R mL2 R 

mR2 L m R2 L mR2 R m R2 R mR2 R 
mR2 L m R2 L mR2 R m R2 R mR2 R 

mR2 L m R2 L mR2 R m R2 R mR2 R 
(3.11)
Sonuç olarak dördü kütlesiz ikisi kütleli snötrino üretilmektedir. Kütleli olanların
formu aşağıdaki gibidir.
m32.6 
3 2
2
( m L L  mR2 R  ( m L2 L  m R2 R )  4 mL2 R m RL
)
2
(3.12)
Geriye kalan dört snötrinonun küçük kütleleri ceşni demokrasisinin bozulmasından
dolayı üretilmektedir. Yukarıdaki matris elemanları aşağıdaki formda yazılır [12].
1
mL2 L  ml2  (  u ) 2  mZ2 cos 2  ,
2
2
2
mL R  mR L  a ( M  u   d ) ,
2
mR2 R  m  (  u ) 2 ,

(3.13)
17
H u ve H d Higss alanlarının vakum bekleme değerleridir. tan    u / d ve

süpersimetri korumasında Higgs kütle parametreleridir. Önemli olan şudur; LEP1
verileri sağ elli nötrinoların süper partnerlerinin kütlelerine önemli bir sınırlama
getirmemektedir. Eğer LR karışımı yeterince küçükse bu geçerli olur. Yani sağ elli
snötrino LSP (en hafif süpersimetrik parçacık) olur.
v~1  v~L cos   ~
v R sin 
v~2  ~
v L sin   v~R cos 
ve  <<1 ise
Skaler nötrinonun z bozunum genişliğinde katkısı aşağıdaki gibi verilir.
  2m ~
inv  0,5 x  x 1   
  m Z
2



2



3/ 2
x 
(3.14)
  167 MeV
Z bozonunun S.M de nötrino – antinötrino çifti için bozunum genişliğidir. Bu yüzden
deneysel değer inv  2.0 MeV yeteri kadar küçük olduğundan ‘‘sağ elli’’ snötrino
için   0,155 sınırına yol açıyor. Bundan dolayı ‘‘sağ elli’’ snötrino LSP (en hafif
süpersimetrik parçacık ) olabilir [35].
3.3.4. Demokratik kütle matrisi ve tanβ
Birinci varsayıma göre çeşni demokrasisi (demokratik kütle matrisi) üç aileli MSSM
çerçevesinde t ve b kuarkların kütleleri aşağıdaki gibidir.
mt  3xt x u ,
mb  3xb x d
(3.15)
18
İkinci varsayıma göre t  b şöyle bir sonuca yol açar.
tan  
 u mt

 d mb
mt  174GeV
(3.16)
mb  4.3GeV ise
tan   40 elde edilir [13].
30  tan   50 bölgesine dikkat çekersek dördüncü MSSM ailesinin göstergesi daha
alt değerlerde yorumlanabilir. Sonunda aşağıdaki denklem elde edilir.
tan  
mu 4
1
md 4
(3.17)
3.3.5. SUSY ve preonlar
Keyfi parametrelerin sayısının çokluğu süpersimetrinin daha temel preonik yada pre
– preonik düzeyde gerçekleşmesinin gerekliliğini gösteriyor. Gerçektende üç aileli
Dirac nötrinolu MSSM 160 gözlenebilir parametreyi içerir. Bu sayı SM’deki 26
gözlenebilir parametre ile karşılaştırılabilir. Bu sayıların azalmasını sağlayan
gerçekçi bir yol yoktur. Bu sorun CKM karışımlarıyla benzerlik gösterir. Bu
varsayım, SUSY nin preonik düzeyde gerçekleştiğine ek bir kanıttır. Preonik SUSY
için özel modellerin hesaba katılmasında, bazı genel öngörüler verilebilir. Lepton ve
kuarkların preonik modelleri 2 sınıfa yarılır. Bunlar, fermiyon skaler modeller ve üç
fermiyon modelleridir. Birinci sınıftaki SM fermiyonları skaler preonların (S) ve
fermiyon preonların (F) bağlı durumudur [33].
Birinci sınıf  q, l  ( FS ) ve her SM fermiyonu 3 partnere sahiptir.
19
~
Skaler  FS  ile
 
m  M susy
~
Skaler  F S  ile


m  M susy
~ ~
Fermiyon  F S  ile


m  2 M susy
MSUSY, SUSY skalasını gösterir, ikinci sınıf modellerde SM fermiyonları üç
fermiyonik preonun bağlı durumudur [14]. Bu durum süpersimetrik preonik
modellerin yapısı için büyük öneme sahiptir.
İkinci sınıf  q, l  ( F1 , F2 , F3 ) ve her birinin yedi partneri vardır.
~
~
~
Üç skaler ( F 1 , F2 , F3 ), ( F1 , F 2 , F3 ) ve ( F1 , F2 F 3 )
~
~
~
~
~
m  M susy
~
Üç fermiyon ( F 1 , F 2 , F3 ), ( F1 , F 2 , F 3 ) ve ( F 1 , F2 F 3 )
~
~
m  2 M susy
~
Skaler ( F 1 F 2 F 3 )
m  3 M susy
Kuarkların arasında (leptonlar, skuarklar, sleptonlar) büyük ölçüde karışım
yapabiliriz. Bazı kütle ilişkileri yukarda verildiği gibidir.
Sonuçta bir aileli MSSM bile hem kuark hemde lepton kısmında iki gözlenebilir
karışım açısına ve iki faza sahiptir. Bunlar kuark – skuark ve lepton – slepton
sektörleridir. Bu durum süpersimetrik preonik modellerin yapısı için büyük öneme
sahiptir.
20
4. LİNEER ÇARPIŞTIRICILARDA SÜPERSİMETRİK PARÇACIKLARIN
ÜRETİMİ
e  e  Lineer çarpıştırıcısının şematik görünümü ve ana parametreleri bölüm 5.3’te
verilmiştir ve önemi ayrıntılı biçimde anlatılmıştır.
4.1. R Parite Nedir?
SUSY ve SM parçacıkları, bilinen kuantum sayılarıyla, R parite bozumu yada
korunumunu içerir [16,22]. R parite;
R=(-1) 
3 B 2 S  L
(4.1)
şeklinde gösterilir.
B ve L baryon ve lepton sayıları, S ise spindir. Çoğunlukla R paritenin korunduğu
farzedilir. R parite, skuark ve slepton değişiminde yasaklanır, istenmez.
Süpersimetrik teorilerde baryon (B) ve lepton (L) sayısı korumalarına izin verilir. R
parite ihlali (RPV) olmayan etkileşimler oldukça küçüktür. Bu nedenle RPV olan
etkileşimleri incelemek daha caziptir. Dirac fermiyonları için, baryon sayısı (B) ve
lepton sayısı (L) gibi korunmuş kuantum sayıları verilebilir. Bunlar spini 1/2 olan
kuark ve leptonlardır. Bu işlem özellikle spini 1 olan gauge bozonları (bunlara
gauinos denir) tarafından yapılır. Bozonlar ve fermiyonlar için R değeri farklıdır.
Bozonlar için 0, spini 1/2 olan partnerler için R=  1 dir. Dirac spinörleri B ve L gibi
korunan kuantum sayılarıyla taşınır. Bozonların ve spini 1/2 olan kuark ve
leptonların süperpartnerleri vardır. Bunlar spini 0 olan skuark ve sleptonlardır [4,5].
R – parite;
 1
RP  (1) R  
1
sıradan parçacıklar için
onların süperpartnerleri için
21
Standart modelin temel parçacıkları (leptonlar, kuarklar) ve tüm sıradan parçacıklar
için;
R=(-1)2S (-1)3B+L ile yazılır.
L
~
l
l


l
Şekil 4.1. Temel 3’lü diagram: Lepton sayısı ihlali (L ) görülmektedir.
 Yukowa sabitidir.
4.2. R Parite Bozunumuyla Snötrino Çifti Üretimi
Eğer snötrinolar en hafif süpersimetrik partnerlerse ve R parite korunmuyorsa
~
e e   v ~
v süreci oldukça önem kazanmaktadır.
v~  l  l '  ile v~  q q ' bozunum modlarından dolayı böyle düşünülür. Tesir kesiti
değerleri ve olay sayıları, LEP deki e  e  çarpıştırıcısında bulunmuştur. Burada 4
lepton sinyallerine rastlanır.
4.2.1. e  e   ~
v v~ süreci
e e  ~
v v~ sürecinin Feynman diyagramları aşağıda gösterilmiştir [2].
22
v~
e
~
w
v~
e
Şekil 4. 2.
~
e  e   v v~ sürecinin t -kanalı ile wino değişimi
e
v~

~
v
e
Şekil 4.3.
~
e  e   v v~ s – kanalı ile Z 0 değişimi
Çiftlenimler elektron kütlesiyle orantılı olduğunda higsino değişimi ihmal edilir.
Wino değişimi için matris elemanı chargino karışım parametrelerine bağlı olacaktır.
Süpersimetrik parçacıkların aranması en hafif süpersimetrik partnere (LSP) önemli
ölçüde bağlıdır. Bunun genellikle nötralino olduğuna inanılır.
R parite bozunumunda (RPV) LSP için snötrinolar inandırıcı adaylar olacaktır.
Gerçektende SUSY parametreleri snötrinoların LSP olmasına izin verir.
~
e  e   v v~
  e,  , 
(4.2)
23
Eğer v~ snötrinolar dejenere ise yaklaşık olarak LSP dir. Bu bozunum ancak RPV
varsa (R parite bozunumu) gerçekleşir.
Tek üretilen SUSY parçacıkları önemsenmez, mutlaka çift üretim olmalıdır. Snötrino
çift üretim süreçleri t – kanal değişimi üzerinden chargino ve s – kanal üzerinden z
değişimiyle gerçekleşir.
4.2.2. e  e   ~
v v~ Sürecinin lagranjiyeni
Eğer sneutrino LSP ise bozunum yalnızca RPV ile olabilir. Genel olarak, SUSY
invariant terimleri içeren lagranjiyen aşağıdaki gibi verilir.
LRPV  ijk Li L j Ekc  'ijk Li Q j Dkc
(4.3)
Burada;
Li ve E ic (solelli) lepton çifti ve antilepton teklisi Qi ve D ic kuark dublet ve yükü 1/3 anti kuark teklisini gösterir. Antisimetriden dolayı  ijk    jik olur.
Her RPV terimi mümkün bozunum kanalı SM fermiyonları içinde aşağıdaki yük
eşlenik kanallarıyla birlikte gösterilmiştir.

v~i  l jR l kR
,

~
v j  liR l kR
~
vi  d jR d kR
(4.4)
(4.5)
İlgili bozunum genişlikleri;
~ / 16
(v~i  l j l k )  2ijk m
v
ve
(4.6)
24
~ / 16 dir. Burada;
(~
vi  d j d k )  3'ijk2 m
v
(4.7)
~ ) x10 14
 2 ( yada 3 '2 )   (GeV / m
v
(4.8)
~ 2 ) 1
  s /(4m
v
(4.9)
'
8
uygun snötrino Lorentz faktörü,  ,   10 dir.  ve
 ' nın kararlı bozunum
süreçlerindeki ifadeleri ve alternatif bozunum modları denklem (4.4) ve (4.5) ile
verilmiştir.
Tüm snötrino çeşnileri yaklaşık dejeneredir ve tüm bozunumlar doğrudan RPV
bozunumundan biridir. Korunumu ihmal edilen bozunumlar ağır snötrinonun
bozunumudur.
4.2.3. LLEc aracı ile bozunumu
Her sneutrino iki yüklü leptona bozunur, çeşniler aynı olmak zorunda değildir.
Çiftlenimler 121 ile verilir.
v~e    e 
, ee  ~
v e v~e  (   e  )(   e  )
(4.10)
~
v  e  e 
~
, e  e   v ~
v   (e  e  )(e  e  )
(4.11)
v~i   j k modu görünmez moddur. 4 – lepton olan son durumlarda denklem;
(4.10) ve (4.11) de kayıp enerji yoktur, ve bu durum iki değişmeyen kütle içerir.
~
m(   e  )  m(   e  )  m
ve
25
SM de QED çiftlerinde e  e   ZZ  (ll )(ll )  10 2 pb olur. Son durumda denklem
(4.10)’a benzer olarak iki  lepton içerir. Tau momentum vektörlerinin ölçülebilir
yaklaşık büyüklükleri enerji ve momentumdan oluşur.
Çizelge 4.1. e  e  çarpıştırıcısı için bozunum kanalları ve son durumları [16]
Çiftlenim
Final durumu
Bozunum
Kanal

e e
~
s
 12 2

~e
t
 12 3
  
~
t
 1 31
  
~e
T
e e
~
S
121
Çizelge 4.2. Snötrino çiftinden üretilen 4 lepton son durumları [16]
Final durumları
Süreçler ve çiftlenimler
~
~
~ 
~e  e
~
~  
eeee
 1 31
ee  
 1 3 2 ,  2 31

e e 
 13 3
 1 31
 1 2 3 ,  2 31


232
 12 2
------
  

2 33
 1 2 3 , 1 3 2

232
-------
 13 3

2 33

------121

121
 12 2
26
4.2.4. LLEc / LQDc Bozunumları
LLE ve LQD bozunum modlarını karşılaştırırsak iki lepton ve iki jet elde edilir. Biz
lepton kısmıyla ilgileniyoruz.
~
e  e   v v~  (l  l '  ) ( J 1 J 2 )
(4.12)
Kayıp enerji yoktur (b – jetleri hariç) iki invariant (değişmeyen) kütle içerir.
~   ( J 3 J 4)
m (l  l '  )  m

lvel '  e,  ,
gösterir.
Leptonlar için E  0,2 E / GeV enerjidir.
~
v  e  e 
yada
v~  e  e _ rezonansla ilgilidir.
ee  ~
v  ee
(4.13)
kanalı yada
ee  ~
v   
(4.14)
kanalı snötrino keşfi için önemli işaretler verir. Hadron çarpıştırıcılarında 4 – lepton


üretimi anormal değildir. v~  e  e  , e    ,   e  kararlı değildir. Gözlenebilir fakat
squark ve gluino üretimi yüksek kütle eşikleri tarafından bastırılmıştır.
27
4.2.5. e   e   v  v Sürecinin tesir kesiti hesabı
Bu çalışmada e  e  çarpıştırıcısında tau snötrinoların çift üretimi çalışılmıştır.
Snötrinoların elektron-muon çiftine bozunduğu öngörülmektedir. Bu süreçte tesir
kesiti hesabı belli bir aşamaya kadar el ile yapılabilir, daha sonraki aşamada ise
CompHEP, yada CalcHEP programları kullanılarak istenilen bilgiler elde edilebilir.
Bu aşamadaki tesir kesiti hesabı el ile yapılmıştır.
u ( p1 , s1 )


e

e


Z0



V ( p 2 , s2 )
u ( p4 , s4 )

Şekil 4.4. e   e        Sürecinin Feynman diyagramı
Z0 propagatör =
q 2  (M z c) 2

2
 g 
4(q 2  (M Z ) 2 )
(4.15)
ig z  f
 (C  C Af  5 )
2
(4.16)
ge
çiftlenim sabitidir.
sin  w cos w
(4.17)
Z0 köşefaktörü =
gz 
ig v
28
Çizelge 4.3. GWS Modelinde Nötral Vektör ve Axial Vektör Çiftleimleri [31]
f
C
CA
½
 e ,  , 
e  ,   , 

½
-1/2
1
 2 sin 2 w
2
Mandelstam değişkenleri:
s  ( p1  p 2 ) 2  ( p3  p 4 ) 2
t  ( p1  p3 ) 2  ( p 2  p 4 ) 2
u  ( p1  p 4 ) 2  ( p 2  p3 ) 2
 u ( p) u ( p)  p
( 4.18)
s  t  u  m A2  m B2  m c2  m D2
Sürecin genlik hesabı şu şekilde yapılır.


g 2 

 iM  v ( p2 , s2 )  (Ce  C Ae  5 )u( p1s1 )  
2
2 
 4(q  (M z c) ) 


(4.19)


f
f
5
x u ( p 4 , s 4 ) (Cv  C A  )v( p3 , s3 )

q  q
g z2

e
e 5
M 
v
(
p
)

(
C

C

)
u
(
p
)
(
g

)
2
v
A
1

4( q 2  ( M z ) 2 )
(M z ) 2


(4.20)


f
f
5
x u ( p4 )  (Cv  C A  ) v ( p3 )

Nötrino kütlelerini ihmal edersek, 2. terimin propagatöre katkısı olmaz çünkü;
29
( m   M z )
q  p1  p 2  p3  p 4
q  p 3  p 4
u ( p 4 ) q (C v  C A  5 ) v ( p 3 )
u (4) p 4  0
Dirac denklemine göre fermiyonlar için [31]
(  p   m)u  0
(  p   m)v  0
(4.21)
u (  p   m)  0
v (  p  m)  0
Bundan dolayı;
p 3 (C v  C A  5 ) v ( 3)  (C v  C A  5 ) p 3 v ( 3)  0 ve
M 
2
g 
4( q 2  ( M z c ) 2 )
v ( p
2
)  (C ve  C Ae  5 )u ( p1 )

(4.22)


x u ( p 4 ) v (C   C A  5 )v ( p3 )  ise


g2
M 
2

4( q  ( M z c )
2
v (2)
)

(C ve  C Ae  5 )u (1)

(4.23)
30

x u ( 4) v (C   C A  5 )v(3)  olur. Buradan;




M .M *  v ( 2 )  (C ve  C Ae  5 )u (1) v ( 2 ) v (Ce  C Ae  5 )u (1)


(4.24)


x u (4) v (C v   C A  5 )v (3) u (4)  (C   C A  5 )v(3)


olarak bulunur.
2a
1b

   1

 v  2
G  v (a)1 (C ve  C Ae  5 )u (b) v (a )2 (Ce  C Ae  5 )u (b)
elde edilir.
v (a)1u (b)  v(a)   0 1u (b)

v( a )  v ( a)   0


 0 0  0
u (b )   1  v( a ) 


v ( a )1u (b) *  u (b ) 1 v ( a ) 
olduğundan
G *  u (b) 1v(a)  u (b) 2 v (a)
bulunur.
değişimleri yapılırsa;


(4.25)
31
 G   v(a ) u (b)u (b) v(a ) 
1
2
spinler
  v ( a ) ( p
1
 G   ( p
1
b
b
) 2 v (a )
) 2 v( a )v ( a )
olduğuna göre spinler üzerinden toplam alınırsa;




Tr 1 (C ve  C Ae  5 ) p b 2 (C ve  C Ae  5 ) p a
Tr   (Cve  C Ae  5 ) p1 v (Cve  C Ae  5 ) p 2
İfadeleri elde edilir.
Aynı işlem genlik dekleminin 2. kısmı içinde yapıldıktan sonra;

Tr   (Cve  C Ae  5 ) p1 v (Cve  C Ae  5 ) p 2

ifadesi bulunur.
Bunlardan sonra genlik karesi alınabilir.

Tr   (CV  C A  5 ) P 3  (CV  C A  5 ) P 4 
2
M
x
2


g z2
e
e 5
e
e 5

 Tr   (CV  C A  ) P1  (C  C A  ) P 2 
2
2
 8( q  ( M z )) 

32
olur.
Tr (    )  4 g 
Tr ( a.b )  4 a .b
Tr ( P1 P2 )  4 P1 P2
Tr ( 5 a.b.c.d )  4i  a  b c  d
   1
Tr ( 5  )  0
Tr ( 5    )  0
olduğundan
Birinci iz ifadesi,
2
2


(Ce  C Ae ) P1 P2  P1 P2  g  ( P1 P2 )  2iCe C Ae   P1 P2
İkinci iz ifadesi,
2
2


(C   CA ) P3 P4  P3 P4  g  ( P3 P4 )  2iC  C A   P3 P4
olarak bulunur.
Alınan izler genlik ifadesinde yerine yazılıp çarpılırsa, genlik terimi aşağıdaki gibi
yazılır;
33
M
2

g z2
1
2
  2
(Ce ) 2  (C Ae ) 2 (C ) 2  (C 
 (4Ce C Ae C C 
A )
A )
2 
2  q  (M z ) 



x ( P3.P1 )(P4 .P2 )  ( P4 .P1 )(P3.P2 )
 ( 4Ce C Ae C C A ) ( P3 .P1 )(P4 .P2 )  ( P4 .P1 )(P2 .P3 )

Kütle merkezi çerçevesinde (CM)
E  her parçacık için enerji
  saçılma açısı olmak üzere,
M
2


g z2 E 2


2
 (2E )  (M z ) 
2
(C

2
)  (C Ae ) 2 (C ) 2  (C 
A )
e 2



x (1  cos 2  )  8Ce C Ae C C A . cos 
olur.
Diferansiyel tesir kesiti ifadesinde;
d

2
(
)( M )
d
8Mc
(4.26)
Genlik terimi yerine yazılırsa,




2
cg z E
d 


d


 16  (2 E ) 2  (M z ) 



2
C

2
)  (C Ae ) 2 (C ) 2  (C 
A )
e 2


(4.27)
x (1  cos 2  )  8Ce C Ae C C 
A . cos 

34
elde edilir.
Çizelge 4. 1 deki değerler yerine yazıırsa;
2




2
cg z E
d 
1 2 1 2 1 2
  1
2
2

 (  2 sin  w )  ( )  ( )  ( ) 

d 
2
2  2
2 


 16  (2E) 2  (M z )   





(4.28)
x(1  cos 2  )  8( 
1
1 1 1

 2 sin 2  w )(  )( )( ) cos  
2
2 2 2

bulunur.
Tüm açılar üzerinden integral alınırsa toplam tesir kesiti;
2




2
cg z E
1 

e 2
e 2
 2
 2


 (C )  (C A ) (C )  (C A )
3 

 4  (2 E ) 2  ( M z ) 2  

 



2




2
cg z E
1 

 1 3

 (sin 2  w ) 2 



3 
4 2


 4 (2 E ) 2  ( M z ) 2   

 
2




2
cg z E
1 
1 cg z2 E (sin 2 w) 2



48  
2 


 4 (2 E ) 2  (Mz ) 2  
4  (2 E ) 2  ( M z ) 2 



 
(4.29)
35
haline gelir.
z  bozunma genişliği (Z 
gz 
1
)
z
ge
sin  w cos w
Propagatöre bir ilave yapılırsa ;
1
1
 2
2
q  (M z )
q  ( M z ) 2  iM z z
2


2
z
1 3
2
2
 4  2 (sin  w ) 


2
(cg E)
2
48
(2E) 2  (M z ) 2  (M z z ) 2

2
e

2
(cg E )
48 sin 4  w cos 4  w
(4.30)
1 3
 (sin 2  w ) 2
4 2
2
(2 E ) 2  ( M z ) 2  (z M z ) 2


elde edilir.
1 3
 (sin 2  w ) 2  a dersek
4 2

( ge 2 E ) 2
a
4 4
2
48s w c w ((2 E )  M z2 ) 2  M z2 z2
g e  4
yerine yazılırsa;
(4.31)
36

16 2 E 2
a
4
4
2
48s w cw (2 E )  M z2 ) 2  M z2 z2

 2 2
a
E
4 4
3s w c w
((2 E ) 2  M z2 ) 2  M z2 z2
(4.32)
1
 3(sin 2  w ) 2
2


2
  E2( 4 4 )
3s w c w (( 2 E ) 2  M z2 ) 2  M z2 z
elde edilir.
~
v Tau snötrinolarının çift üretiminin tesir kesiti
4.2.6. e e  v ~
 
Bu sürecin tesir kesiti Şekil 4.5. Feynman diyagramı kullanılarak hesaplanır.
~

e
z0
e
~


~
 
Şekil 4.5. e e  v v~ Sürecinin Feynman Diyagramı
Her snötrino iki yüklü leptona bozunur. Çeşniler aynı olmak zorunda değildir.
Çiftlenimler 121 ile verilir.
ijk   jik
37
v~i  l j l k
v~i  l i l k
(4.38)
için bozunum genişliği
~
2ijk m
v
 
~
 (v i  l j l k ) 
16
(4.39)
olur.
  (1 
~
4 M 2 1 / 2
) , snötrino hız sabiti ise
s
(4.40)


1
~
t   M 2  s (1   )
2
~
4 M 2 1 / 2
~2 1
t  M   s (1  (1 
)
2
s
(4.41)
bulunur.
s ve t enerji momentum transferinin mutlak karesidir. Bu değişimler kullanılarak
genlik yazılır [15].
M
s
2
~



g 4  st  ( M 2  t ) 2   1  (4 sin 2  w  1) 2 






8 (m z2  s ) 2  z2 m z2  cos 4  w


   4 2 / 3s olmak üzere
38
Toplam tesir kesitine R dersek,
R

tanımlaması yapılırsa,
 
R
s 2  3 (4 sin 2  w  1) 2  1
256 sin 4  w cos 4  w (m z2  s ) 2   2 m z2


(4.42)


(4.43)
olur.
Sabitler yerlerine yazılırsa toplam tesir kesiti;
~
 (e e  v v~ ) 


olarak bulunur.
~2
4m
 2 s (1  4 sin 4  w ) 2
v 3/ 2
(1 
)
4 4
2 2
2 2
s
192c w s w ( s  m s )  m z z
(4.44)
39
5. TAU SNÖTRİNOLARININ v~ (LSP olan) RPV BOZUNUMU ARACILIĞI
İLE ÇİFT ÜRETİMİNİN CLIC’DE ARAŞTIRILMASI
~
5.1. ~   (   e _ )(  e _ ) Sürecinin Lagranjiyen Hesabı
Burada özellikle;
c
~
e  e   v (l ) ~
v (l )
(5.1)
Süreci için
~
v (l )    e 
ve
~
vc(l )    e 
Bozunumları çalışılmıştır.
Eğer en hafif süpersimetrik parçacık tau snötrino ise Rparite ihlali ile (RPV
aracılığıyla) bozunum şu şekilde gerçekleşir [6].

~  l  l  ve ~  qq
Eğer R parite ihlali varsa;
~
e  e   v v~    e  (  e  )
(5.2)
süreci çok önem kazanır.
Bu çalışmada ~ (tau snötrinolarının) çift üretimi sonucunda RPV ile CLIC de
e çiftine bozunumu araştırılmıştır.
Denklem 5.2’ye ait ilgili Feynman diyagramı şekil 5.1’de verilmiştir.
40
e-

eZ
~
v
v~
e+
e-

~
 
v    e    e  sürecinin Feynman diyagramı.
Şekil 5.1. e e  v ~
R parite ihlali ile MSSM’in bir parçası olan superpotansiyel aşağıdaki denklemde
verilmiştir [16].
1
1
WRPV  ijk Li L j EKc  'ijk Li Q j DKC  'ijk' U ic D cj Dkc
2
2
(5.3)
Burada;
L(E), lepton super alanı, Q(U,D), kuark superalanı, i, j, k = 1, 2, 3 çeşnileri gösterir.
ijk ve 'ijk'
lepton sayısı ihlali ve baryon sayısı ihlali ile ilgilidir. RPV etkileşimi ile
~  (   e  ) ve   e 
bozunumları için verilen ilgili lagranjiyenler kısımları
aşağıdaki gibidir.
_
1
~ _
~ c
LL L E c   ijk (v~iL l kR l jL  l jL l kR  il  lkR* ~
viR l jL  (i  j )  hc
i j k
2
_
1
LL L E c   ijk (v~iL l kR l jL )  hc
i j k
2
(5.4)
(5.5)
41
L
1
1
 312 v~L e R  L   321 v~L  R e L  h.c
2
2
(5.6)
5.2. Kütleye Bağlı Nümerik Tesir Kesiti Hesabı
Nümerik hesaplamalarda lagranjiyen (5.6) terimi kullanılarak CalcHEP programı
MSSM versiyonunda çalıştırılmıştır [23]. CLIC
S  0.5 TeV de tau snötrinoların
çift üretim tesir kesiti grafiği şekil 5.2’de gösterilmiştir.
ISR(Initial State Radiation) ve BS(Beamstrahlung) etkileri CalcHEP programı
kullanılarak çizelge 5.1’deki CLIC ana parametreleriyle birlikte tesir kesiti hesabında
kullanılmıştır. [24,25].
Çizelge 5.1. CLIC’in temel parametreleri, buradaki N; demet başına düşen
electron sayısı
Çarpıştırıcı
S = 0,5 TeV
S = 0,3 TeV
Parametreleri
 S  ,TeV
0,5
3
L (1034 cm-2s-1)
2,3
5,9
N(1010)
0,68
0,372
 x (nm)
202
45
 y (nm)
2,3
1
 z (  m)
44
44
E
42
~
Şekil 5.2. e  e   ~  sürecinin CLIC, S  0.5 TeV’de snötrino
kütlesine göre tesir kesiti değişimi [49]
~
Şekil 5.3. e  e   ~  sürecinin CLIC , S  3 TeV’de snötrino
kütlesine göre tesir kesiti değişimi
43
Şekil 5.2. de görüldüğü gibi ISR ve BS etkileri 130 GeV den sonra M ~ için tesir
kesiti üzerinde
S  0 .5 TeV de artma(azalma) göstermiştir.
Şekil 5. 3 de S  3 TeV için benzer hesaplamalar yapılmıştır.
Görüldüğü gibi ISR ve BS etkileri büyük kütle merkezi enerjisinde( S  3
TeV)oldukça etkilidir.
ISR ve BS etkisi M ~  450 GeV de tesir kesitini artırıcı yönde olmuştur. M ~  450
GeV ve daha büyük kütle değerlerinde, ISR ve BS etkisi tesir kesitini azaltmıştır.
~
e  e   ~   (   e  )(  e _ ) fonsuz sürecinin analizleri CLIC de yapılmıştır.
Sinyal analizleri için temel katlar uygulanmıştır. Elektron muon son durumu için
bunlar; PT  20 GeV ve |  | 2.5 sınırlarıdır. 321  312 diğer mümkün RPV
etkileşim sabitleri 0 alınmıştır. Bunun anlamı şudur;
1
~
B r (~    e  )  B r (     e  ) =
2
Tesir kesiti değerleri ve olay sayıları (N) Çizelge 2 ve 3’ de
için CLIC de hesaplanmıştır.
(5.7)
S  0.5 TeV (3 TeV)
44
Çizelge 5.2.
S  0.5 TeV için tau snötrino kütlelerine bağlı olarak, RPV
çiftlenimli tesir kesiti ve olay sayıları [49]
M ~ (GeV)
Tesir Kesiti (pb)
Olay Sayısı (N)
100
8.00×10 3
3686
120
7.02×10-3
3230
140
5.80×10 3
2676
160
4.25×10 3
1957
180
2.70 ×10 3
1269
200
1.51×10 3
696
220
6.10×10 4
279
240
9.60 ×10 5
44
250
1.10×10 5
5
Çizelge 5.3.
S  3 TeV için tau snötrino kütlelerine bağlı olarak, RPV çiftlenimli
tesir kesiti ve olay sayıları
M ~ (GeV)
Tesir Kesiti (pb)
Olay Sayısı (N)
100
3. 08×10 3
3629
200
1.32× 10 3
1562
400
3.35× 10 4
395
600
1.21× 10 4
142
800
5.35× 10 5
63
1000
2.42 × 10 5
28
1200
8.82× 10-6
10
1300
4.21× 10-6
5
1400
1.27  10 6
2
45
İstatistiksel önem (geçerlilik) için aşağıdaki formül kullanılmıştır.
S
s
s B
(5.8)
Lint
Burada S istatistiksel geçerlilik (önem),  s sinyal tesir kesiti,  B fon (background)
tesir kesiti değeri, Lint integre edilmiş ışınlık (luminosity).
Biz fonsuz süreci seçtiğimiz için,  B = 0 aldık. Tau snötrino için ( 5 ) keşif, ( 3 )
gözlem, (2 ) dışarlama limitleri S  0.5 TeV için CLIC de hesaplanmıştır.
Ulaşılabilir tau snötrino kütle değerleri keşif için 243 GeV, gözlemlemek için 248
GeV, dışarlamak için 251 GeV olarak belirlenmiştir. Benzer olarak S  3 TeV de
keşif için 1030 GeV, gözlemlemek için 1225 GeV, dışarlamak için 1325 GeV olarak
belirlenmiştir.
Yapılan
incelemeler
S  1.96 TeV’de
%
2
M ~  500 GeV/c iken
sonucunda
95
CL’de
Fermilab’da
i3k
 2 i 3 k  Br (~  e )
 0.05
çarpıştırıcısında
pp
RPV
çiftlenimleri
için
7.10-4 değerindedir.
% 95 CL’de i3k  0.05 RPV çiftlenimleri için M ~  600 GeV/c2 değeri için
-3
 2 i 3 k  Br (~  e ) 2.10 değerindedir[51].
Buradan şöyle bir yorum yapabiliriz;~ kütlesinin büyük değerleri için i3k gibi RPV
limiti kullanılabilir, fakat daha küçük kütlelerde biz sürecimizde RPV çiftlenim
limitlerini dikkate almadık, çünkü sürecimiz maksimum oranında dallanmaya
sahiptir.
46
Şekil 5.4.
S  0.5 TeV de tau snötrino kütle değerlerine karşılık dallanma oranları
ulaşılabilir limitleri
Şekil 5.5.
S  3 TeV de tau snötrino kütle değerlerine karşılık dallanma oranları
ulaşılabilir limitleri
47
Şekil 5.4 de görüldüğü gibi S  0.5 TeV de CLIC de tau snötrino dallanma oranı
değerleri kinematik limite kadar gözlemlenebilmektedir. Genel olarak dallanma oranı
1/2 den küçüktür. Şekil 5.4 de ve Şekil 5.5 de ~ kütlesine bağlı 5 ,3 ,2 grafik

çizimleri görülmektedir.
~
Br (~    e _ )  Br (    e _ ) =2,5 10 3
5 , 3 , 2 limit değerleri sırasıyla 150 GeV, 190 GeV ve 215 GeV bulunmuştur.
~
Çizelge 5.4. CLIC de S  0.5 TeV de; Br (~    e  )  Br (     e  )
dallanma oranlarının ulaşılabilir limitleri
M ~ ,GeV
5
3
2
120
0.00193
0.00069
0.00031
160
0.00319
0.00115
0.00051
200
0.00898
0.00323
0.00144
240
0.14066
0.05064
0.02251
~
Çizelge 5.5. CLIC de S  3 TeV de; Br (~    e  )  Br (     e  )
dallanma oranlarının ulaşılabilir limitleri
M ~ ,GeV
5
3
2
100
0.00172
0.00062
0.00027
400
0.01582
0.00569
0.00253
800
0.09899
0.03564
0.01584
1100
0.34578
0.12448
0.05532
48
5.3. e+ e- Çarpıştırıcıları
Elektron, pozitron, proton, anti-proton gibi yüklü parçacık demetlerinin, belirli bir
amaç çerçevesinde belirlenen bir enerjiye ulaşıncaya kadar hızlandırılmasını
sağlayan aygıtlara hızlandırıcı denir. Yüklü parçacıkları yüksek enerjilere çıkarmak
için hızlandırıcılar kullanılır. Hızlandırılan bu parçacıkların çeşitli şekillerde
çarpıştırılması sonucunda da, başta temel parçacık fiziği ve nükleer fizik olmak üzere
araştırmalar yapılmaktadır [26]. Bunun yanında endüstri ve medikal alanlarda da çok
geniş kullanım alanları mevcuttur.
Skaler leptonların
özellikleri, TeV enerjili e+e- çarpıştırıcılarında incelenmiştir.
Parçacık fiziğinin Standart Modelinin (SM) ötesinde yeni fizik için öne sürülen
modellerin öngördüğü parçacıklar ve etkileşmeler genellikle TeV enerji bölgesinde
veya daha ötesindedir [27]. Bu TeV enerjili doğrusal çarpıştırıcılar için temel fikir:
yüksek frekanslı olması, yüksek gradyentli olması, kısa makineler olması ve ucuz
olmasıdır. Çarpıştırıcı parametreleri, kütle merkezi enerjisi ve ışınlık olmak üzere iki
önemli kısma ayrılır. Kütle merkezi enerjisi yeni parçacıkların ulaşılabilir kütlelerini
belirler. Işınlık ile tesir kesiti çarpımı olay sayısını verir. Lepton çarpışmalarında
TeV enerjilere ulaşmak için en ileri öneri kompakt lineer çarpıştırıcı (CLIC),
elektron-pozitron çarpıştırıcısı için geliştirilen iki-demet hızlandırma teknolojisidir,
ve şekil 5.6’da CLIC-1 şematik olarak gösterilmiştir.
49
Şekil 5.6. CLIC-1’in şematik görünümü
CLIC'de ilgilenilen fizik olaylarının simülasyonunda demet etkilerini hesaba katmak
için çarpıştırıcının kütle merkezi enerjisi ve ışınlık spektrumu dosyaları günümüzde
hem ilgilenilen problemlerin karmaşıklığından, hem de doğayı daha iyi anlama
ihtiyacından sayısal (computational) teknikler çok önemlidir. Bunların içinde Monte
Carlo yöntemi önemli bir yer tutmaktadır. Özellikle parçacık fiziğinde yüksek
enerjilerde parçacıklar çarpıştırıldığında ortaya çıkacak olay, simülasyon ile
öngörülebilmektedir. Bu çalışmada önemli görülen CLIC fizik süreçlerinin
simülasyonu yapılmıştır.
50
Çizelge 5.6. Lineer e+e- çarpıştırıcılarının ana parametre tablosu
Çarpıştırıcı
ILC
CLIC
Kütle Merkezi Enerjisi(GeV)
500
500
3000
Işınlık ( x1034 cm 2 s 1 )
2.0
2.3
5.9
Toplam uzunluk(km)
31
13
48.3
Ana RF frekansı (GHz)
13
12
Tekrarlama frekansı (Hz)
5
50
Demet Başına Güç (MW)
20
1.9
14
Demet Başına Parçacık
20
0. 68
0.372
Sayısı(1010)
Resim 5.1. Lineer e+e- çarpıştırıcısından bir görüntü
5.4. Yüksek Enerji Fiziğinde Yeni Hesaplama ve Simulasyon Teknikleri
Yüksek enerji fiziğinde farklı simulasyon teknikleri kullanılmaktadır. Çarpışma
sırasında meydana gelen olaylar dedektörlerle izlenir. Simulasyon dedektörlerin
aynası gibidir. Simulasyon sonunda alınan veriler sayesinde veri analizi yapmamız
mümkün olur.
51
Bu çalışmada CompHEP [28], CalcHEP [23], MATHEMATICA [32] ve GNUPLOT
[30] programları kullanılmıştır.
CompHEP, CalcHEP tesir kesiti hesabı yapar,dallanma oranlarını hesaplar ve olay
üretimini yapar. Gnuplot programı ise grafik çizdirir.
Bu çalışmalar yapılırken; Bir model seçilir, hızlandırıcıyıda belirleyen bir süreç
seçilir. Feynman çizimleri, genlik matris elemanları hesaplanabilir.
CompHEP ve CalcHEP’le hem nümerik hemde sembolik hesaplamalar yapılabilir.
Bu programlara; http://comphep.sinp.msu.ru/
http://theory.sinp.msu.ru/~pukhov/calchep.html web sayfalarından ulaşılabilir.
52
Şekil 5.7. CompHEP’den sembolik hesaplar şeması
53
Şekil 5.8. CompHEP’teki nümerik hesapların şeması
54
Resim 5.2. Çarpışma sırasında meydana gelen bir olayın dedektördeki görünümü
6. SONUÇ VE ÖNERİLER
Resim 5.3. Simulasyon sonucu elde edilen görüntü
55
6. SONUÇ VE ÖNERİLER
Süpersimetri (SUSY), Standart Model ötesi (BSM) fizik için önemli adaylardan
biridir. Bu yüzden, süpersimetrik parçacıkların aranması LHC (Large Hadron
Collider) ve gelecekteki çarpıştırıcıların en temel amaçları arasında yer almaktadır.
SUSY araştırma stratejisi en hafif süpersimetrik parçacığa (LSP), güçlü bir şekilde
bağlıdır.
Bu çalışmada tau snötrinolarının Compact Linear Collider (CLIC) de çift üretiminin
detaylı olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bunun için önce e   e   v  v
~
v sürecinin tesir
sürecinin tesir kesiti hesabı elle yapılmış, daha sonra e e  v ~
 
kesiti CalcHEP programı kullanılarak hesaplanmıştır. Biz tau snötrinoların RPV
aracılığıyla e çiftine bozunacağını öngörüyoruz.
Fonsuz (backgroundless) e  e   ~~     ;  e  e  (     e  e  ) sürecimizin detaylı
analizi yapılmıştır. Ulaşılabilir kütle değerleri bulunmuş, dallanma oranları
üzerindeki B (v~  e 3 ve 5 limitleri ~ kütlesine bağlı olarak verilmiştir. Eğer
r

böyle bir parçacık varsa;

S  0,5 TeV’de 243 GeV’e kadar keşfedilecek, 248
GeV’e kadar gözlemlenecektir.
S  3 TeV için keşif bölgesi 1030 GeV’e kadar
genişletilecektir.
ISR ve BS etkileri büyük kütle merkezi enerjilerinde daha etkilidir.
de ISR+BS etkisi çok fazla olmazken
S  0.5 TeV
S  3 TeV’de ISR+BS etkisi daha çok
olmaktadır.  v~  450 GeV olduğunda ISR ve BS etkileri tesir kesitinin artmasına yol
açabilir.  ~v  450 GeV olduğunda ISR ve BS etkileri tesir kesitini azaltır.
Sonuç olarak; eğer Br (v~    e  ) ve Br (v~    e  ) dallanma oranı yeterince
~
büyükse; e  e   ~     e  ,   e  (   e  ,   e  ) süreci LSP (~ ) için kuvvetli
bir işaret olacaktır.
56
KAYNAKLAR
1. Şener, A.B., ‘‘Skaler Nötrinoların Özellikleri’’,Yüksek Lisans Tezi, Gazi
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü , Ankara 1 (2002).
2. Haber, H.E., Kane, G.L., ‘‘The Search For Supersymmetry: Probing Physics
Beyond The Standart Model’’, Phys.Reports, 117-75 (1985).
3. Fayet, P., ‘‘Supergauge ınvariant extension of the Higgs mechanism and a
Model fort he electronand its neutrino’’, Nucl.Phys B, 90-104 (1975) .
4. Fayet, P., ‘‘Spontaneously broken supersymmetric theories of weak,
elektromagnetic and strong interactions’’, Phsy Lett B, 69-489 (1977).
5. Farrar, G. R., Fayet, P., ‘‘Phenomenology of the production, decay and
detection of new hadronic states associated with supersymmetric’’, Phys.
Lett B, 76-575 (1978).
6. Alan, A.T., Sultansoy, S.,‘‘The ‘right’ sneutrino as the LSP’’, J. Phys. 30937(2004).
7. Ciftci, A.K., Ciftci, R., Sultansoy, S., ‘‘The fourth SM family neutrino at
future linear colliders’’, Phys.Rev.D 72: 053006(2005).
8. 8.Dimopolous, S., ‘‘The Supersymmetric Flavor Problem’’, Nucl.Phys. B
452496(1995).
9. Harari, H., Haunt, H., Weyers, J., ‘‘Quark masses and Cabibbo Angels’’,
Phys.Lett.B 78:459 (1978) .
10. Çelikel, A., Çiftçi, A.K., Sultansoy , S., ‘‘A search for fourth SM family’’,
Phys. Lett. B 342:257-261 (1995).
11. Atag, S., ‘‘ The fourth SM family, breaking of mass democracy and the CKM
mixings ’’, Phys. Rev. D 54:5745(1996).
12. Barnett, M., Barger, V. D., ‘‘Supersymmetry parameter analysis:SPA
convention and project’’, Eur. Phys J. C46- 43: 60(2006).
13. Casa, C., ‘‘Review of Particle Physics ’’, Eur. Phys. J. 3(1998).
14. Çelikel, A., Kantar, M., Sultansoy, S., ‘‘A search for sextet quarks and
leptogluons at The LHC’’, Phys.Lett. 443:359 (1998).
15. Barnett, R.M., Haber, H.E., Lackner, K.S., ‘‘Dıscovering supersymmetric in
w boson decay and e  e  annıhılation’’, Phys.Rev.Lett. 51 (1983).
57
16. Barbier, R., ‘‘ R-parity violating supersymmetric’’, Phys.Rep. 420-1 (2005).
17. Dimopoulas, S., Lawrence, H., ‘‘Lepton and Baryon number violating
collider signatures from supersymmetry’’, Phys.Lett. B 207- 210 (1988).
18. Barger, V., Giudice, G.F., Han, T., ‘‘Some new aspects of supersymmetry R
–parity violating interaction’’, Phys. Rev. D 40: 2987 (1989).
19. Barger, V., Keung W.Y., Philips, R.J.N., ‘‘ Possible sneutrino-pair signatures
with R-parity breaking ’’, Phys. Lett. B 364: 27 (1995).
20. Sierra, D.A., Hirsh M., Porod, W., ‘‘R-parity violating sneutrino decays’’,
JHEP 09: 033 (2005).
21. Çakır, O., .Kuday, S.,Çakır, İ.T., Sultansoy, S., ‘‘ Resonant production of the
fourth family slepton at the LHC ’’, Acta Phys. Polon. B 43: 63 (2012).
22. Çakır,O., Kuday, S., Çakır, İ.T., Sultansoy, S., ‘‘ Single production of fourth
family sneutrino via RPV couplings at linear colliders ’’, Mod. Phys. Lett. A
27: 28 1250161 (2012).
23. Pukhov, A., ‘‘ CalcHEP 2.3: MSSM, structure functions, event generation
batchs and genaration of matrix elements for other packages’’, eprint hep-ph/
0412191 (2004).
24. Braun, H., CLIC 2008 parameters, CERN report No: CERN-OPEN-2008-21,
CLIC NOTE-764, Geneva (2008).
25. http: // clic-meeting.web.cern.ch/clic-meeting/clic table 2010.html, CLIC
PARAMETER LIST 3 TeV.CLIC web sitesi.2012.
26. Barger, V., Philips, D., ‘‘ Collider Physics’’, Addison- Wesley, New York,
USA, 1-577 (1996).
27. Treille, D., ‘‘ Overview of linear collider physics’’, CERN preprint CERN
PRE 193: 167 (1993).
28. http://theory.sinp.msu.ru/~pukhov/calchep.html
29. Eidelman,S., ‘‘ 2004 Review of particle physics’’, Phys.Lett. B 592:1 (2004).
30. GNUPLOT web sitesi 2012.http://www.gnuplot.info, Erişim tarihi 2012.
31. Griffiths, D., ‘‘Introduction to elementary particles’’, John Wiley& Sons,
New York USA, 1-392 (1987).
58
32. Mathematica web sitesi. 2012 http: //www.wolfram.com; Erişim tarihi:2012
33. Sultansoy, S., ‘‘ Three remarks on the MSSM ’’, arXiv: hep-ph /0003269
(2000).
34. Arı, V., Çakır, O., Çakır,İ.T., Sultansoy, S., ‘‘ Pair production of the fourt
family charged sleptons at e  e _ colliders’’, EPL, 94:21001 (2011).
35. Hebbeker, T., ‘‘Can the sneutrino be the lightest supersymmetric particle? ’’,
Phys. Lett. B 470 :259-262(1999).
36. Glashow, S.L., ‘‘Partial symmetries of weak interactions’’, Nucl. Phys.
22:579 (1961).
37. Weinberg, S., ‘‘A Model of leptons ’’, Phys. Rev. Lett. 19: 1264 (1967).
38. Sohnius, M.F., ‘‘Introducing supersymmetry’’, Phys. Rept. 128:39 (1985).
39. Zee, A., ‘‘A Theory of lepton number violation, neutrino Majorana mass and
oscillation’’, Phys. Lett. B 93: 389 (1985).
40. Frompton, P. H., Hung, P.Q., Sher, M., ‘‘Quarks and Leptons beyond the
third generation’’, Phys. Rept. 330: 263 (2000).
41. Sultansoy, S., ‘‘ Linac-ring type collider: Second way to TeV scale ’’, Eur.
Phys. J. C. 33. S1064 (2004).
42. Haber, H.E., Beno, M.H., ‘‘ Signatures of heavy neutrino production at the
CERN Collider ’’, Phys. Rev. D 34: 2732 (1986).
43. Fritzch, H., ‘‘Quark masses and flavor mixing’’, Nucl.Phys. B 155:189
(1979).
44. Fritzch, H., Plank, J., ‘‘Flavor democracy and the lepton- quark hierarchy’’,
Phys.Lett. B 237:451 (1990).
45. Aitchison, I. J. R., Hey, A. J. G., ‘‘ Gauge theories in particle physics : A
practical introduction . Vol. 2 : Non – Abelyen gauge theories : QCD and the
electroweak theory ’’, Bristol , UK : IOP 454 (2004) .
46. Aitchison, I. J. R., Hey, A. J. G., ‘‘ Gauge theories in particle physics : A
practical introduction . Vol. 1: From relativistic quantum mechanics to QED
’’, Bristol , UK : IOP 406 (2003).
47. Peksin, M., Schroeder, D. V., ‘‘ An ıntroduction to quantum field theory ’’,
Reading, USA: Addison- Wesley 842 (1995).
59
48. Bjorken, J. D., Drell, S. D., ‘‘Relativistic quantum mechanics ’’, Newyork,
USA: McGrawHill 300 (1964).
49. Sahin, M., Sener, A.B., Sultansoy, S., Yılmaz, M., ‘‘A search for pair
production of the LSP ~
v at the CLIC via RPV decays’’, Acta Phys. Polon.B
44: 195 (2013).
50. Beringe,
J.,
(Particle
Data
Group),
PR
D86,
010001(2012).
(URL:http://pdg.lbl.gov)
51. CDF Collaboration, ‘‘ Search for R-paritty violating decays of  sneutrinos
to e ,  , and e pairs in p p collisions at
PUB 10:077(2013).
S  1.96 TeV ’’, FERMİLAB-
60
EKLER
61
EK-1. Pauli ve Dirac Matrisleri
Burada kullanılan ekler için[45,48] referansları ve D.Griffits kitabından [31]
yararlanılmıştır.
Pauli matrisleri 2x2’lik 3 hermityen matristen oluşmuştur.
0
 1  
1
1

0 
0
 2  
i
 i

0 
1
 1  
0
Pauli matrislerinin bazı özellikleri aşağıdaki gibidir.
 i  j   i j   ijk  kij

i
,

i
,  j   2 ij
j
  2
ijk
k
a. b.   a.b  i .axb  j
e i .  cos   i . sin 
Dirac Matrisleri
I
 0  
0



0

 I 
,  v  2 g v
 0
 i  
i

i

0 
i = 1,2,3
0

 1
62
EK-1. (Devam) Pauli ve Dirac Matrisleri
 
Minkowski uzayına göre  0
Buna göre matris
1

0
0

0

0
1
0
0
0
0
1
0
0

0
0

 1
g v gv  4
Bununla ilgili olarak;
    4
   v    2 v
   v     4g  
   v        2     v
  v    
 5 matris aşağıdaki gibidir.
 5  i 0  1 2 3
2
 
 I ve  i
2
 I
63
EK-1. (Devam) Pauli ve Dirac Matrisleri
   I
 ,    0
5 2

5
Trace teoremleri aşağıdaki gibidir.
Tr 1  4


Tr    v  4 g  v
Tr a b   4a.b
Tr a b c d   4a.b c.d   a.c b.d   a.d b.c 
Tr  5   0
Tr  5 a b   0
Tr  5 a b c d   4i  v  a  b v c  d 
64
EK – 2. Kullanılan Feynman kuralları
FEYNMAN DİYAGRAMLARI
KÖŞE ÇARPANLARI
Fermiyon - Fermiyon – Foton Köşesi
 ig e Q f  
Elektron – Nötrino – W Köşesi
i
gw
2 2
  (1   5 )
Fermiyon – Fermiyon – Z köşesi
i
gZ
  (c v  c A  5 )
2
65
EK – 2. (Devam) Kullanılan Feynman kuralları
DIŞ ÇİZGİLER
Spin 0
-----------
----------
Spin 1 / 2
Gelen parçacık
u
Gelen anti parçacık
v
Giden parçacık
u
Giden anti parçacık
v
Gelen parçacık

Giden parçacık
 *
Spin 1
PROPAGATÖRLER
Spin 0
i
q M2
2
Spin 1 /2
iM
q M2
2
Spin 1 (Kütlesiz)
 ig  v
q2
Spin 1 (Kütleli)
q  qv

 i  g  v 
M2

q2  M 2



66
EK-3. S femionlar için 2 parçacıklı bozunum oranı

2 paracıklı bozunum oranı M matris elementi ile verilir.

M ( A  B  C)
2

M ( A  B  C)
( A  B  C ) 
m
16m 3A
2
A

 (mB  mC ) 2 m A2  (mB  mc ) 2

S fermionları 2 parçacıklı R parite ihlali içeren bozunumları yukarıda verilmiştir.
_
~
2
2
M ( j  l l )  ijk (m ~2  mli2  mlk2 )
_
~
 
i k

2
2
 
j k
M ( i  l l )  ijk (m ~2  mli2  mlk2 )

_
~
2
~

M (    e


(    e ) 
3
16m ~

~
~
2
(     e  )  321
m / 16
~
2   (GeV / m )
~
(     e  )  10 12
S nötrino çift üretim tesir kesiti

m 2  ( m  m ) 2  m 2  ( m  m ) 2 

e

e
 ~
  ~ 

67
EK-3. (Devamı) S femionlar için 2 parçacıklı bozunum oranı
S nötrino rezonans durumunda x final durumu parçacıklarıyla tesir kesiti hesabı
yapılabilir.
~i
~i
~i
4s( L  e  e  )( L  x)
 (e  e _   L  x ) 
m 2~ ( s  m 2~ ) 2  m 2~ ~2i
L
 Li
 Li
~
L
~
4s (   e  e  )(     e  )
 (e e      e ) 
m 2~ (s  m 2~ ) 2  m 2~ ~2

_
~






68
EK-4. CERN Hakkında
CERN laboratuvarlarının temeli hızlandırıcılar ve dedektörler üzerine kuruludur.
CERN'deki ilk hızlandırıcı 1957 yılında kurulan 600 MeV'lik proton hızlandırıcısıdır.
1959'da devreye giren 28 GeV'lik proton hızlandırıcısı (Proton Synchrotron, PS) ise
bugün hala kullanılmaktadır. 1976'da işletmeye alınan 450 GeV süper proton
hızlandırıcısı (Super Proton Synchrotron, SPS) ise birçok Nobel kazanan çalışmalara
olanak sağlamıştır.
1989-2000 yılları arasında hizmet vermiş olan CERN’deki en önemli tesis elektronpozitron çarpıştırıcısıdır (Large Electron-Positron Collider, LEP) ve bu çarpıştırıcı
100-200 GeV enerji aralığında çalışmıştır. Bu çarpıştırıcının 2001’de görevini
tamamlamasından sonra aynı tünel içinde inşası 2008’de tamamlanan büyük hadron
çarpıştırıcısı (Large Hadron Collider, LHC) 4 büyük deney sistemi (ATLAS, CMS,
ALICE ve LHCb) ile önemli araştırma ve buluşların eşiğindedir.
LHC, 10 Eylül 2008 tarihinde işletmeye alınmış, meydana gelen bir arıza nedeniyle
işletmeye ara verilmiştir. LHC tesisinin resmi açılışı ülkemizin de temsil edildiği
CERN laboratuvarlarının temeli hızlandırıcılar ve dedektörler üzerine kuruludur.
CERN'deki ilk hızlandırıcı 1957 yılında kurulan 600 MeV'lik proton hızlandırıcısıdır.
1959'da devreye giren 28 GeV'lik proton hızlandırıcısı (Proton Synchrotron, PS) ise
bugün hala kullanılmaktadır. 1976'da işletmeye alınan 450 GeV süper proton
hızlandırıcısı (Super Proton Synchrotron, SPS) ise birçok Nobel kazanan çalışmalara
olanak sağlamıştır.
1989-2000 yılları arasında hizmet vermiş olan CERN’deki en önemli tesis elektronpozitron çarpıştırıcısıdır (Large Electron-Positron Collider, LEP) ve bu çarpıştırıcı
100-200 GeV enerji aralığında çalışmıştır. Bu çarpıştırıcının 2001’de görevini
tamamlamasından sonra aynı tünel içinde inşası 2008’de tamamlanan büyük hadron
çarpıştırıcısı (Large Hadron Collider, LHC) 4 büyük deney sistemi (ATLAS, CMS,
ALICE ve LHCb) ile önemli araştırma ve buluşların eşiğindedir.
EK-4 (Devam) CERN Hakkında
69
LHC, 10 Eylül 2008 tarihinde işletmeye alınmış, meydana gelen bir arıza nedeniyle
işletmeye ara verilmiştir. LHC tesisinin resmi açılışı ülkemizin de temsil edildiği bir
törenle 21 Ekim 2008 tarihinde yapılmıştır. Halen LHC’de 7 TeV enerjide protonproton çarpışmaları gerçekleştirilmektedir.
CERN, Nükleer Araştırmalar için Avrupa Konseyi anlamına gelen Fransızca
"Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire" sözcüklerinin kısaltmasıdır. 1953
yılında Cenevre'de merkez Laboratuvarlar kurulmasına karar verilerek ismi Fransızca
"Organisation Européenne pour la recherche nucléaire" ve İngilizce "European
Organization for Nuclear Research" olarak değişmiş ancak CERN kısaltması
değişmeden kalmıştır.
LHC (Large Hadron Collider ): Büyük Hadron Çarpıştırıcısı- LHC, 2000 yılında
faaliyeti sona eren Large Elektron-Positron (LEP) - Büyük elektron-pozitron
çarpıştırıcısının yerine inşaa edilmiştir. Çevresi 27 km ve yer yüzeyinden 100 metre
derinliktedir. LHC'de çok yoğun iki proton demeti 14 TeV'lik kütle merkezi
enerjisinde çarpıştırılacaktır. En yeni süper iletken teknolojisini kullanarak mutlak
sıfırın hemen üstünde -271 0C'de çalışacaktır. Bu, dünyada erişilmiş en yüksek
çarpışma enerjisi olacaktır, dolayısıyla maddenin şimdiye kadar erişilememiş
derinliklerinden bilgi edinmeyi
mümkün kılacaktır. Yüksek Enerji Fiziği
araştırmalarında bir çığır açılacak, mevcut teorilerin aradığı bir çok sorunun cevabı
buradan elde edilebilecektir.
ATLAS (A large Toroidal LHC ApparatuS): Evrenimizi oluşturan temel
kuvvetleri ve maddenin temel yapısını araştıracaktır. Boyut olarak en büyük LHC
detektörüdür.
ATLAS
kollaborasyonunda,
35
ülkeden
150
üniversite
ve
laboratuvardan katılan toplam 1800 fizikçi bulunmaktadır.
CMS (Compact Muon Selonoid): LHC’nin genel amaçlı bir detektördür. Manyetik
alanı selonoid tarafından oluşturulur. Bazı fizik süreçlerinin iyi algılanabilmesi için
70
özel tasarımı vardır. 37 ülkeden, yaklaşık 2000 Fizikçi ve Mühendis katılmakta, 155
Enstitü katkı vermektedir.
ALICE (A Large Ion Collider Experiment at CERN LHC): LHC
dedektörlerinden birisidir. Çok küçük boyutlarda maddenin fiziğini araştıracaktır.
Çekirdek-çekirdek çarpışmaları ile quark-gluon plazma incelenebilecektir.
CLIC (Compact Linear Collider): CERN'de kurulması düşünülen CLIC, elektronpozitron çarpıştırıcısıdır. LHC'den elde edilen fizik sonuçlarına göre daha duyarlı
deneylerin yapılabileceği ortam sağlayacaktır. Çoklu TeV enerjili elektron-pozitron
lineer çarpıştırıcısının fizibilite çalışmaları "CLIC Test Facility 3" CTF3'de
yapılmaktadır.
71
ÖZGEÇMİŞ
Kişisel Bilgiler
Soyadı, adı
: BİBER ŞENER, AYTÜL
Uyruğu
: T.C
Doğum tarihi ve Yeri : 10.08.1976 Çorum
Medeni hali
: Evli
Telefon
: 0 (312) 278 17 28
Faks
: 0 (312) 278 32 76
e – mail
: absener@gazi.edu.tr , asener76@mynet.com
Eğitim
Derece
Eğitim Birimi
Mezuniyet tarihi
Yüksek lisans
Gazi Üniversitesi /Fizik Bölümü
2002
Lisans
Ankara Üniversitesi /Fizik Bölümü
2000
İlkokul Öğretmenliği Gazi Üniversitesi /Eğitim Fakültesi
1999
Formasyonu, staj
Lise
Çorum Atatürk Lisesi
İş Deneyimi
1993
Yer
Görev
Milli Eğitim Bakanlığı
Öğretmen
Yıl
2002-
Yabancı Dil
İngilizce
Yayınlar
1. Şahin, M., Şener, A. B., Sultansoy, S., Yılmaz, M., ‘‘A Search for pair production
of the LSP ~
v at the CLIC via RPV Decays’’, Acta Physı. Pol. B 44: 195 (2013)

Download