دانشکده علوم
بخش فیزیک
پایان نامه کارشناسی ارشد رشته فیزیک-گرایش ذرات بنیادی و انرژی بالا
عنوان:
مطالعه مشاهده پذیری رویدادهای تک کوارک تاپ
توسط:
زینب بزرگ تبار
اساتید راهنما:
دکتر سید محمد زبرجد
دکتر مجید هاشمی
اساتید مشاور:
دکتر فاطمه فلاحتی
دکتر عزیزاله عزیزی
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه………………………………………………………………………………………5
فصل دوم: مدل استاندارد و نظریه الکتروضعیف……………………………………………………………………………9
1–2 مدل استاندارد ……………………………………………………………………………………………………………………………..10
2-2 نظریه الکتروضعیف ……………………………………………………………………………………………………………………….17
3-2 مکانیسم Higgs و ماتریس CKM ……………………………………………………………………………………………..22
4-2 اندازه گیری عنصر ماتریسی …………………………………………………………………………………………………25
فصل سوم: تولید کوارک t بصورت زوج و منفرد از دیدگاه نظریه میدان و پدیده شناسی…………26
1-3 تولید زوج کوارک t ……………………………………………………………………………………………27
2-3 تولید تک کوارک t …………………………………………………………………………………………………29
1-2-3 فرآیند کانال t یا گداخت w-gluon……………………………………………………………………………………….31
2-2-3 فرآیند کانال s ………………………………………………………………………………………………………………………….33
3-2-3 فرآیند تولید وابسته ………………………………………………………………………………………………………………..36
فصل چهارم: تک کوارک t در Tevatron و LHC……………………………………………………………………37
1-1-4 برخورددهنده Tevatron……………………………………………………………………………………………………….38
2-1-4 برخورددهنده بزرگ هادرونی ( LHC) ………………………………………………………………………………….39
1-2-4 مشاهده تک کوارک t در Tevatron ……………………………………………………………………………………..41
2-2-4 مشاهده تک کوارک t در LHC ……………………………………………………………………………………………..43
3-2-4 سطح مقطع …………………………………………………………………………………………………44
3-4 سطح مقطع تولید تک کوارک t در Tevatron و LHC …………………………………………………………47
1-3-4 سطح مقطع تولید تک کوارک t درTevatron …………………………………………………………………….48
2-3-4 سطح مقطع تولید تک کوارک t درLHC ……………………………………………………………………………..49
فصل پنجم: محاسبه سطح مقطع تولید تک کوارک تاپ………………………………………………………….53
1-1-5 محاسبه سطح مقطع پارتونی ………………………………………………………………………………………………….54
2-1-5 سطح مقطع فرآیند Wb t ………………………………………………………………………………………………..57
3-1-5 قواعد فاینمن برای نظریه الکتروضعیف ………………………………………………………………………………….58
4-1-5 متغیرهای ناوردای مندل استام ………………………………………………………………………………………………59
5-1-5 روابط پایستگی انرژی و تکانه …………………………………………………………………………………………………..60
6-1-5 محاسبه متغیرهای ناوردای مندل استام ………………………………………………………………………………….61
7-1-5 محاسبه دامنه پراکندگی M ………………………………………………………………………………………………….64
8-1-5 محاسبه سطح مقطع دیفرانسیلی در چارچوب مرکز جرم ……………………………………………………67
9-1-5 سطح مقطع کل فرآیند …………………………………………………………………………………………………………….71
10-1-5 نمودارهای موثر در تشکیل فرآیند ……………………………………………………………………………………….73
1-2-5 توابع توزیع پارتونی) PDF ( …………………………………………………………………………………………………76
2-2-5 بررسی نمودارهای توزیع پارتونی درون پروتون ………………………………………………………………………79
3-2-5 مقدار عددی سطح مقطع کل ………………………………………………………………………………………………….81
4-2-5 بسته LHAPDF ………………………………………………………………………………………………………………..83
فصل ششم: مقایسه نتایج این رساله با نتایج LHC در ……………………………………85
فصل هفتم: فهرست منابع و مراجع……………………………………………………………………………………………….88
پیوست ……………………………………………………………………………………………….91
مقدمه
هدف از فیزیک ذرات بنیادی بحث روی اجزاء بنیادی ماده، انرژی و برهم کنش میان آنهاست. درک نظری کنونی، در مدل استاندارد[1] فیزیک ذرات بنیادی خلاصه شده است. این مدل از زمان کشف آن در سال 1960 تا به امروز تمام آزمون های تجربی را با موفقیت گذرانده است. این مدل دو نوع ذره را معرفی می کند: ذرات ماده و ذرات نیرو: ذرات نیرو مسئول واسطه برهم کنش های بین ذرات ماده هستند.
در حالی که ماده معمولا تنها شامل الکترونها، پروتونها و نوترونهاست ( دو مورد آخر متشکل از کوارکهای [2]d و u[3] هستند) ذرات بنیادی دیگری با آزمایش کشف و یا توسط نظریه پیش بینی شدند. این ذرات صرفا نقشی جزیی در زندگی روزمره بازی می کنند، در حالی که در چگالی انرژیهای بالای قابل مقایسه با اولین لحظات پس از انفجار بزرگ نقش مهمی ایفا می کنند. برای بدست آوردن این شرایط به تولید ذرات بنیادی در یک محیط کنترل شده نیاز داریم، شتابدهندههای ذراتی که استفاده میشوند. کوارکt [4] سنگینترین ذره بنیادی شناخته شده و آخرین کوارک مدل استاندارد است، و اولین کشف آن در سال 1995 با آزمایشهای D0 و[5]CDF در Tevatron انجام شد.
این ذره آخرین کوارک مدل استاندارد بوده و بسیاری از ویژگیهای آن همچنان مورد مطالعه قرار میگیرد، به عبارت دیگر، فیزیک کوارک t هنوز یک زمینه پژوهشی گسترده محسوب میشود.
از آنجایی که این ذره سنگینترین ذره بنیادی شناخته شده است، از موقعیت ویژهای در مدل استاندارد برخوردار است. در واقع کوارک t ، 40 بار از شریک ایزواسپین ضعیف خود یعنی b سنگینتر است و جرم آن قابل مقایسه با مقیاس شکست تقارن الکترو ضعیف است، همچنین جفت شدگی یوکاوا[6] آن با بوزون هیگز[7] نزدیک 1 است.
کشف کوارک t موفقیت بزرگ مدل استاندارد است. مدل استاندارد وجود این ذره را به عنوان شریک ایزواسپین ضعیف برای کوارک b قبلا در زمان کشف آن در1977 پیش بینی کرده بود.
در عوض اندازه گیری خصوصیات t محدودیتهای بیشتری را بر سایر ذرات از جمله بوزون هیگز اعمال می کند. برای مثال، جرم زیاد این ذره سهمهای بزرگی را در حلقههای مجازی فرمیونی از
تصحیحات تابشی وارد می کند. به دلیل جرم سنگین کوارک t، در برخورددهندههای ذراتی که به انرژیهای مرکز جرم بالا دست مییابند تولید این ذره لازم میشود. انتظار میرود که برخورد دهنده هادرونی بزرگ (LHC) [8] در CERN، پروتونها را با انرژی مرکز جرم TeV 14 برخورد داده و میلیونها رویداد t را در سال متعهد شود. چون زمان واپاشی این کوارک از زمان هادرونی شدن آن کوتاهتر است کوارک t تنها کوارکی است که پیش از هادرونی شدن واپاشی می کند، بنابراین طول عمر کوتاه این ذره فرصتی برای مشاهده قطبش آن در تولید فراهم کرده و همچنین میتوان از آن برای بررسی خصوصیات یک کوارک bareاستفاده نمود. تمام این ویژگیها گویای این میباشد که کوارک t می تواند نقش استثنایی در مدل استاندارد داشته باشد.
کوارک t عمدتا از راه برهمکنش قوی بصورت زوج تولید میشود. تولید زوج این ذره در برخورددهندههای هادرونی فرآیند غالب است. با این حال در LHC علاوه بر این، تعداد قابل ملاحظهای از کوارکهای t از راه برهمکنش ضعیف به تنهایی تولید میشوند. مطالعه این کانال به دلیل حساسیت بالای آن به کشف فیزیک جدید و نیز از آنجایی که تنها کانالی است که اندازه گیری مستقیم عنصر ماتریسی CKM ، ، را فراهم می کند بویژه جالب توجه است. تولید تک کوارکt فرصت بسیار خوبی برای مطالعه برهمکنش جریان باردار ضعیف فراهم می کند. اندازه گیری سطح مقطع تولید تک کوارک t در Fermilab Tevatron و (LHC) CERNطراحی شده است.
در این رساله به بررسی رویدادهای تولید کوارک t از راه کانال t برای محاسبه سطح مقطع تولید آن میپردازیم. در فصل دوم، خلاصه کوتاهی از مدل استاندارد با حضور کوارک t در این مدل همراه با شرح اهمیت وجایگاه این ذره و نیز نظریه الکتروضعیف ارائه خواهد شد. در فصل سوم، تولید کوارک t به دو صورت تک و زوج از دیدگاه نظریه میدان و پدیده شناسی شرح داده خواهد شد. فصل چهارم شامل بررسی سطح مقطع و روش مشاهده تک کوارک t در Tevatron و LHC خواهد بود. بخش اول فصل پنجم به محاسبه سطح مقطع پارتونی در تولید تک کوارک t پرداخته و در بخش دوم تابع توزیع پارتونها اعمال میشود. فصل ششم به مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج LHC در می پردازد.
تعداد صفحه : 90
قیمت :14700 تومان
