Facet deneyinde uzun ömürlü yeni parçacıkların araştırılması
Search for long lived new particles at facet experiment
- Tez No: 963392
- Danışmanlar: PROF. DR. SUAT ÖZKORUCUKLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Parçacık fabrikaları olan çarpıştırıcılarda atomaltı parçacıklar üzerine pek çok keşif ve başarılı ölçüm yapılmış olmasına rağmen, üretilen uzun ömürlü, zayıfça etkileşen nötral bir parçacığın gözlemi oldukça zordur. Doğduğu köşe nötrinolardaki gibi kendisini kayıp olarak gösterebilir; ancak birincil etkileşimlerde küçük polar açı ile doğan, yönü demet borusu eksenine neredeyse paralel bir parçacığın doğduğu köşe gözlemlenemez. Parçacık uzun ömürlü olduğundan, bozunmadan önce algıcı terk eder; dolayısıyla bozunduğu köşe ve bozunum ürünleri, çarpışma noktasını çevreleyen hermetik algıçta gözlemlenemez. Buna ek olarak, karanlık madde üzerine dolaylı gözlemler ve bilinen maddenin evrenin küçük bir kesrine denk geliyor oluşu, bu tür parçacıkların keşfi için motivasyonu artırmaktadır. Bu sebeplerden ötürü uzun ömürlü parçacık araştırmaları son yıllarda hız kazanmıştır. Çarpışma deneyine görece uzak, ancak yeterli parçacık akısı olan bir bölgeye bakmak anlamlıdır. FACET deneyi, CMS deneyinin yaklaşık 100 metre ilerisine, hızlandırıcı tünelinde, demet borusu çevresine yerleştirilecek şekilde tasarlanmış bir dizi algıçtan oluşur. 50 metre manyetize demiri geçebilecek olan uzun ömürlü parçacıkları (LLP) keşfetmeyi amaçlar. Demir zırh, hodoskop, takipçi, kalorimetre, manyetik toroid gibi bileşenleri ile arka planı durdurmayı ve saptamayı, LLP'lerin ürünlerini gözlemlemeyi amaçlamaktadır. Vakum tankından oluşan uzun bir bozunma hacmi ile sinyalin ürünlerinin muhafaza edilmesi, hava ve merkezsel demet borusu sebebiyle ortaya çıkan arka planın ortadan kaldırılması amaçlanmıştır. Bu hacmin uzun olması; hem keşif adayının bozunması için daha fazla yol, zaman ve olasılık sağlar, hem de ön algıçlara ulaşan arka planın aşağı algıçlara gelene kadar algıç kapsamı dışına çıkması yoluyla bertaraf edilmesi açısından işlevseldir. FACET deneyinin fizik potansiyelini araştırmak için Karanlık Foton ve Ağır Nötral Lepton yeni fizik modelleri ayrı ayrı ele alınmıştır. Bu modellerin önerdiği parçacıklara ait bağlaşım parametresi ve kütle için seçilen geniş aralıklar üzerinden değerler ile Monte Carlo benzetimleri yapılmıştır. Böylece, parametre düzleminde keşif sınırı olarak kabul edilen 3 olay sayısının görülebildiği bölge sınır çizgileri ile belirlenmiştir. Bu bölgelerde hem henüz araştırılmamış alanlar olduğu görülmüş, hem de bazı benzer projelerin araştıramadığı bölgelere FACET deneyinin hassasiyeti olacağı görülmüştür. Bunu desteklemek üzere arka planı araştırmak için olabildiğince gerçekçi Geant4 benzetimleri yapılmıştır. Algıca gelen tüm faz uzayı; gelen parçacıkların tipleri, akıları, kinematik dağılımları incelenmiştir. Aranan aday parçacıkların bozunum süreçlerinin son durumu ile aynı son duruma sahip süreçler arka plan olarak kabul edilir. Daha güçlü bir arka plan için bu parçacıkların bozunma hacminde köşe yapması gerekmektedir. Bu tarz son durumların incelenmesi neticesinde, 140 × 10^3 proton-proton çarpışması ile yapılan benzetimde tek bir arka plan olayı dahi görülmemiştir. Bu sonuç ile ve varsayımsal arka plan değerleri ile istatistiksel önem hesabı yapılmıştır. Sonuç olarak; ele alınan modeller, getirilen yaklaşımlar ve çalışmada ulaşılan gerçekçilik seviyesi çerçevesinde FACET deneyinin daha önceden bakılmamış bölgelere hassasiyeti olduğu ve keşif yapılabileceği bilgisine ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Despite numerous discoveries and successful measurements of subatomic particles made in collider experiments functioning as particle factories, observing a produced long-lived, weakly interacting neutral particle is quite challenging. Its production vertex may appear as missing energy, similar to neutrinos; however, vertices of particles produced in primary interactions with small polar angles, having directions almost parallel to the beam pipe axis, cannot be observed. Due to the particle's long lifetime, it exits the detector before decaying; therefore, both its decay vertex and decay products cannot be detected within the hermetic detector surrounding the collision point. Additionally, indirect observations of dark matter and the fact that known matter constitutes only a small fraction of the universe provide further motivation for discovering such particles. For these reasons, research on long-lived particles (LLP) has accelerated in recent years. It is meaningful to observe a region relatively distant from the collision point but with sufficient particle flux. The FACET experiment consists of a series of detectors designed to be positioned around the beam pipe in the accelerator tunnel, approximately 100 meters downstream from the CMS experiment. It aims to detect LLPs capable of traversing 50 meters of magnetized iron. Components such as iron shielding, hodoscope, tracker, calorimeter, and magnetic toroid aim to stop and detect background and observe LLP decay products. With a vacuum tank forming a long decay volume, the goal is to retain the signal's decay products and eliminate background caused by air and the central beam pipe. The extended length of this volume is beneficial both because it provides more distance, time, and probability for the decay of candidate particles, and because it helps eliminate background particles reaching the front detectors by allowing them to exit the detector coverage before reaching downstream detectors. To investigate FACET's physics potential, new physics models involving Dark Photons and Heavy Neutral Leptons were separately considered. Monte Carlo simulations were conducted over wide ranges of coupling parameters and masses for the particles predicted by these models. Thus, region boundaries in the parameter plane were defined by contour lines representing the discovery limit of three observable events. These regions included previously unexplored areas, and FACET was shown to have sensitivity in regions not accessible by similar projects. To support this, realistic Geant4 simulations were conducted to investigate backgrounds. The entire phase space entering the detector was examined in terms of particle types, fluxes, and kinematic distributions. Processes that lead to final states identical to those of the candidate particles' decays were considered background. To constitute a stronger background, these processes must produce vertices within the decay volume. Analyzing these final states revealed that, with a simulation of 140 × 10^3 proton-proton collisions, not even a single background event was observed. Statistical significance calculations were performed using these results and hypothetical background values. In conclusion, within the framework of the models considered, the approaches employed, and the level of realism achieved in this work, the FACET experiment has been shown to be sensitive to previously unexplored regions, indicating its potential for discovery.
Benzer Tezler
- Sn esaslı anotların elektrokimyasal yöntemlerle üretilmesi ve lityum iyon bataryalarda kullanımlarının değerlendirilmesi
Production of sn based anodes via electrochemical method and their evaluation of usage of Sn based anodes in lithium ion batteries
BURÇİN BİLİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Al-iyon bataryalar için cus/ ni köpük elektrot üretimi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Production of cus/ni foam electrode for al-ion batteries and investigation of their electrochemical properties
REYHAN SOLMAZ
Doktora
Türkçe
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- İtfaiye hortumunun kurutma parametreleri ve uygun kurutucu seçimi
Drying parameters of the fire hose and selection of appropriate dryer
MERVE DAĞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. SONER ÇELEN
- Cr-51 kullanılarak yapılan karaciğer sintigrafisi için üç kritik organa ilişkin dozların belirlenmesi ve mırd metodu ile karşılaştırılmalı değerlendirmesi
Dose assesment of three critical organs for liver scintigraphy with using Cr-51 and the comparison with mird method
ÖZLEM MARANCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Radyoloji ve Nükleer Tıpİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASİYE BERİL TUĞRUL
- Sosyal dışlama ve dahil olmanın eşleşme süreçlerindeki etkilerinin evrimsel açıdan incelenmesi
Investigation of the effects of social exclusion and inclusion on mating processes from the evolutionary perspective
ÇAĞLAR SOLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
PsikolojiEge ÜniversitesiSosyal Psikoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM MERT TEKÖZEL