Yeni kuşak yüksek enerjili hızlandırıcılarda elektromanyetik Tau çifti üretimi

Maddenin özünün ve maddeyi oluşturan parçacıkların aralarındaki temel kuvvetlerin araştırılması fiziğin temelini oluşturmaktadır. Bu sebeple geçmişten bugüne fizikçiler maddenin temel yapıtaşlarını anlamak için birçok deneyler ve araştırmalar yapmaktadırlar. Son yıllarda bu konular ile ilgili en önemli çalışmalar şüphesiz yeni kuşak hızlandırıcılar olarak bilinen Rölativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısında yapılan deneyler olmuştur. Bu çalışmaların amacı, nükleer maddeyi çok yüksek hızlarda ve yüksek sıcaklıkta çarpıştırmak ve daha temel parçacıkların oluşumunun gözlenmesi sayesinde parçacıklar hakkında daha detaylı bilgiye sahip olmaktır. Bunu başarabilmek için tamamen iyonize olmuş atomları ultra rölativistik hızlarda çarpıştırmak gerekmektedir. Ağır atomlar, yüksek enerjili çarpıştırıcılarda hızlandırılırken, çevrelerinde çok büyük elektromanyetik alanlar oluşur. Ultra rölativistik hızlara ulaştığında ise bu atomlar Lorentz kısalmasına (büzülmesi) maruz kalırlar, bu nedenle elektromanyetik alanın şiddeti şekil değiştiren atomların sivri uçlarında daha büyük olur. Çevresel çarpışma esnasında ağır atomların çevrelerinde oluşan elektromanyetik alanların, yani sanal fotonların etkileşmesi sonucunda, elektron pozitron, muon anti-müon ve tau anti-tau çiftleri gibi çeşitli parçacıklar oluşabilir. Lepton çiftlerinin oluşumu ve bozunumunun incelenmesi, hadronların anlaşılabilmesi için çok önemlidir, çünkü leptonlar yaratıldıkları uzay zaman bölgesiyle ilgili daha çok bilgi verirler. Parçacık üretilme olasılığı tesir kesiti ile ifade edilir. Tesir kesiti ne kadar yüksek olursa etkileşimin yani etkileşim sonucu parçacık üretme olasılığının daha yüksek olduğu söylenebilir. Çalışmamızda, ultra rölativistik hızlarda tamamen iyonize olmuş altın ve kurşun ağır iyonlarının çarpıştırılması sonucu oluşan güçlü elektromanyetik alanlarından lepton oluşum tesir kesitleri kuantum elektrodinamiği, Feynman diyagramları ve form faktörler yardımı ile hesaplanacaktır. Elde edilen tesir kesitlerinin analitik olarak çözümleri çok zordur çünkü genellikle on boyutlu integraller şeklindedir. Bu sebeple tesir kesitlerinin çözülmesi için Fortran kodları kullanılacak olup, Monte Carlo yöntemi ile hesaplanacaktır. Hesaplanan tau tesir kesiti verilerinin, form faktörlere göre değişimi grafikler yardımı ile gösterilecektir. Bu çalışma ile ayar teorisinden kuantum elektrodinamiğine kadar birçok fizik konusuna değinilecek olup, maddeyi oluşturan temel parçacıkların oluşma mekanizmaları hakkında daha detaylı bilgiye sahip olmak amaçlanmaktadır.