Modern çarpıştırıcılarda fizik arayışını geliştirmede yeni planlanan dedektörlerin etkisi

Parçacık çarpıştırıcıları, büyük patlamadan sonra Evrenin başlangıcının ilk anlarında var olduğuna inanılan ağır parçacıkların aranmasına olanak sağlıyor. Sadece bu değil, çarpıştırıcılarda gözlemlenebilen pek çok olgu, Evrenimizin kütlesinin, maddesinin ve yapısına ilişkin anlayışımızı geliştirmemize yardımcı olabilir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı dünyanın en yüksek enerji çarpıştırıcısıdır. Daha önce incelenemeyen faz uzaylarında yeni fizik araştırmaları yapmak veya Standart Model süreçlerinin hassas ölçümlerini yapmak amacıyla çok yüksek kütle merkezleri enerjilerine ve yüksek parlaklıklara ulaşmak üzere tasarlanmıştır. Her ne kadar LHC'nin Higgs parçacıklarını keşfetmedeki başarısı hala yeterli parlaklığa sahip bir sonraki enerji sınır çarpıştırıcısı tarafından takip edilebilecek bir fizik programıdır. Bunlar şunları içerecektir: kütle oluşumunun arkasındaki mekanizmanın, Higgs mekanizmasının ve Higgs bozonunun elektrozayıf simetri kırılmasındaki rolünün anlaşılması; Higgs bozonunun temel parçacık mı yoksa bileşik parçacık mı olduğu sorusunun yanıtlanması; Evrenin karanlık maddesinin bir parçası olabilecek süpersimetrik veya diğer egzotik parçacıkları aramak ve muhtemelen keşfetmek; ve ekstra uzay-zaman boyutlarının ve kuantum yerçekiminin işaretlerini aramak. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı hızlandırıcısının, çarpışma parlaklığını arttıracak bir aşamaya yol açacak bir yükseltmeden geçmesi öngörülüyor. Öngörülen koşullar altında çalıştırılan mevcut CMS(Compact Muon Solenoid) izleme sistemi, radyasyon hasarı ve okuma elektroniğinin uyumsuzluğu nedeniyle verimsizlikler ve veri kaybı yaşayacaktır. Bu nedenle Yüksek Parlaklıklı LHC dönemi için CMS deneyinde büyük bir yükseltme planlanıyor. CMS'in mevcut takip sistemi tamamen yeni bir sistemle değiştirilecektir. Yükseltilmiş izleme dedektörü, ilk kez CMS'nin birinci seviye tetikleme sistemine tetikleme bilgisi sağlayarak tetikleme kararına katkıda bulunacaktır. Bu, tetikleme yetenekleri ve yerleşik momentum ayrımcılığına sahip yeni bir modül tasarımı olan pT modülleri kullanılarak gerçekleştirilecektir. Bu bağlamda, bu tezde Standart Model çerçevesinde Yüksek Parlaklıklı Büyük Hadron Çarpıştırıcısında pp → W⁺Z oluşumunu ve ardından W⁺ → ℓ+ νe ve Z → ℓ+ ℓ− bozunumlarını inceledik. Planlanan dedektör yükseltmelerinin hassas ölçümler üzerindeki etkisini ve Standartların Ötesinde Model fiziğine duyarlılığı araştırdık. Simülasyonlardan elde edilen bilgileri kullanan bu tez, gelişmiş dedektörlerin yeniden yapılanmayı iyileştirmede, belirsizlikleri azaltmada ve vektör bozon etkileşimlerinde keşif kapsamını genişletmedeki rolünü vurgulamaktadır. Tezin sonuçları, çarpıştırıcı inşa edildikten sonra Yüksek Parlaklıklı Büyük Hadron Çarpıştırıcısında bu üretim sürecinin araştırılmasını motive edebilir. Bu da Standart Modelin ve elektrozayıf sektörün fiziğini anlamaya yardımcı olacaktır.