Gelecek dairesel çarpıştırıcıları için CMOS piksel sensör geliştirme ve performans çalışmaları
Upgrade and performance studies of a CMOS pixel sensor for the future circular colliders
- Tez No: 627136
- Danışmanlar: PROF. DR. HALUK DENİZLİ, DR. CARLOS SOLANS SANCHEZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 150
Özet
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.
Özet (Çeviri)
The Future Circular Collider (FCC-hh) is a new particle collider designed to provide proton-proton collisions with a center-of-mass energy of 100 TeV and an integrated luminosity of 30 ab−1 for 25 years of operation. With the center-of-mass energy it has, FCC-hh is aimed to not only test the Standard Model (SM) and Beyond Standart Model (BSM) theories with high precision but also try to observe unknowns of the universe such as dark energy and dark matter. Therefore, the FCC-hh detector has to be capable of measuring the particles in the environment. However, when such large center-of-mass energy is reached, difficulties arise especially in terms of technology. The most important of these, the radiation levels around the beamline, is beyond today's technologies. Another major challenge at that energy for the detector and physics studies is a large number of p-p collisions that lead to an increase of simultaneous events per bunch crossing known as pile-up. The observation of rare physics events may be obstructed due to the high pile-up environment. These pile-up events can be determined by silicon pixel sensors which have a high granularity structure, good time resolution and radiation hardness. The MALTA sensor is a state-of-the-art radiation hard monolithic silicon pixel sensor with a small collection electrode produced by Tower Semiconductor for 180 nm CMOS imaging technology. The MALTA pixel sensor has been started to develop from experiences with ALPIDE sensor to be used in HL-LHC upgrades of the inner tracker of the ATLAS experiment considering the demanding radiation levels and high pile-up environment of the detector. Thanks to its improvable structure, it is also considered a candidate pixel sensor for the inner tracker of the FCC-hh detector. In this thesis, details of the development process of the MALTA pixel sensors are discussed with respect to the laboratory and test beam results. After that, the time resolution performance of the MALTA sensor is tested with Higgs self-coupling (gg\rightarrow HH\rightarrow b\bar{b}\gamma\gamma) physics process study including realistic detector effects and pile-up environment of the FCC-hh detector within the DELPHES simulation. Consequently, the thesis is concluded with a discussion of the possible usage of the MALTA sensor in the FCC-hh detector based on its radiation performance and time resolution.
Benzer Tezler
- FCC-pp çarpıştırıcılarında vektör benzeri leptonların aranma potansiyeli
Search potential of FCC-pp collider for vector like leptons
OSMAN EMRE DELİALİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALEH SULTANOV
- A study on DIM-8 neutral triple gauge couplings via ZZ production at future hadron colliders
Gelecek hadron çarpıştırıcılarında ZZ üretimi yoluyla DIM-8 yüksüz üçlü ayar kuplajları üzerine bir çalışma
SAFWA HAITHAM JAMEEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK DENİZLİ
PROF. DR. ABDULKADİR ŞENOL
- Gelecek dairesel çarpıştırıcısı temelinde elektron-proton çarpışmalarında temas etkileşmeleri ile bileşiklik ölçeği araştırılması
Investigation of compositeness scale with contact interactions in electron-proton collisions based on the future circular collider
NUR DAİF
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiHatay Mustafa Kemal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRAL AYDIN
- Gelecek dairesel elektron-hadron çarpıştırıcı (FCC-eh) detektörü için elektromagnetik kalorimetre tasarımı çalışması
Electromagnetic calorimeter design study for the future circular electron-hadron collider (FCC-eh) detector
ZAKIRA HASHIMI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA KOÇAK
- Gelecek dairesel ҫarpıştırıcı'da anormal alt tip b' kuark üretimi
Anomalous heavy down type b' quark production at the future circular collider
ROKIA OMAR ALI ALAMIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiKastamonu ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET TOLGA TAŞÇI