Gelecek dairesel çarpıştırıcıları için CMOS piksel sensör geliştirme ve performans çalışmaları

Gelecek Dairesel Çarpıştırıcısı (GDÇ-hh), 25 yıllık çalışma için 100 TeV kütle merkezi enerjisi ve 30 ab-1 parlaklık ile proton-proton çarpışmaları sağlamak üzere tasarlanmış yeni bir parçacık çarpıştırıcısıdır. GDÇ-hh sahip olduğu kütle merkezi enerjisi ile sadece Standart Model ve Standart Model Ötesi teorilerini yüksek hassasiyetle test etmeyi değil, aynı zamanda karanlık enerji ve karanlık madde gibi evrenin bilinmeyenlerini de gözlemlemeye çalışmayı amaçlamaktadır. Bu nedenle, GDÇ-hh dedektörü ortamdaki parçacıkları hassas bir şekilde tespit edebilmelidir. Ancak bu kadar büyük kütle merkezi enerjisine ulaşıldığında, özellikle teknoloji açısından zorluklar ortaya çıkmaktadır. Bunlardan en önemlisi, günümüz teknolojilerinin de üzerinde olan demet hattı etrafındaki radyasyon seviyeleridir. Dedektör ve fizik çalışmaları için bu enerjideki bir diğer önemli zorluk, yığıntı olarak bilinen demet geçişi başına eşzamanlı olayların artmasına yol açan çok sayıda proton-proton çarpışmasıdır. Nadir görülen fizik olaylarının gözlemlenmesi, yüksek yığma ortamı nedeniyle engellenebilir. Bu yığılma olayları, yüksek tanecikli yapıya, iyi zaman çözünürlüğüne ve radyasyon sertliğine sahip silikon piksel sensörleri tarafından belirlenebilir. MALTA sensörü, Tower Semiconductor tarafından 180 nm CMOS imgeleme teknolojisiyle üretilen küçük bir toplama elektrotuna sahip, son teknoloji radyasyona dayanıklı monolitik silikon piksel sensörüdür. MALTA piksel sensörü, ATLAS deneyinin iç izleyicisinin Yüksek Işınlılıklı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (YI-BHÇ) yükseltmeleri için ALPIDE sensöründen elde edilen deneyimlerden, dedektördeki zorlu radyasyon seviyeleri ve yüksek yığıntı ortamı dikkate alınarak geliştirilmeye başlanmıştır. Geliştirmeye açık yapısı sayesinde GDÇ-hh dedektörünün iç izleyicisi için de aday bir piksel sensörü olarak kabul edilir. Bu tezde, MALTA piksel sensörlerinin geliştirme sürecinin detayları, laboratuvar ve test ışını sonuçları paylaşılarak tartışılmaktadır. Sonrasında, MALTA sensörünün zaman çözünürlüğü performansı, DELPHES simülasyonu kullanılarak gerçekçi dedektör etkileri ve GDÇ-hh dedektörünün yığıntı ortamını içeren Higgs özbağlaşım fizik süreci (gg\rightarrow HH\rightarrow b\bar{b}\gamma\gamma) ile test edilmiştir. Sonuç olarak, tez, MALTA sensörünün radyasyon performansı ve zaman çözünürlüğüne dayalı olarak GDÇ-hh dedektöründe olası kullanımının tartışılmasıyla sonlandırılmıştır.