وبلاگ

  هدف از فیزیک ذرات بنیادی بحث روی اجزاء بنیادی ماده، انرژی و برهم کنش میان آنهاست. درک   نظری کنونی، در مدل استاندارد[1]  فیزیک ذرات بنیادی خلاصه شده است.­­ این مدل از زمان کشف آن در سال 1960 تا به امروز تمام آزمون های تجربی را با موفقیت گذرانده است. این مدل دو نوع ذره را معرفی می­ کند: ذرات ماده و ذرات نیرو: ذرات نیرو مسئول واسطه برهم کنش های بین ذرات ماده هستند. 

   ­در حالی که ماده معمولا تنها شامل الکترون­ها، پروتون­ها و نوترون­هاست ( دو مورد آخر متشکل از کوارک­های [2]d و u[3] هستند) ذرات بنیادی دیگری با آزمایش کشف و یا توسط نظریه پیش بینی شدند. این ذرات صرفا نقشی جزیی در زندگی روزمره بازی می­ کنند، در حالی که در چگالی انرژی­های بالای قابل مقایسه با  اولین لحظات پس از انفجار بزرگ نقش مهمی  ایفا می­ کنند. برای بدست آوردن این شرایط به تولید ذرات بنیادی در یک محیط کنترل شده نیاز داریم، شتاب­دهنده­های ذراتی که استفاده می­شوند. کوارکt [4] سنگین­ترین ذره بنیادی شناخته شده و آخرین کوارک مدل استاندارد است، و اولین کشف آن در سال 1995 با آزمایش­های  D0  و[5]CDF در Tevatron انجام شد. 

این ذره آخرین کوارک مدل استاندارد بوده و بسیاری از ویژگی­های آن همچنان مورد مطالعه قرار می­گیرد، به عبارت دیگر، فیزیک کوارک t هنوز یک زمینه پژوهشی گسترده محسوب می­ شود.

 از آنجایی که این ذره سنگین­ترین ذره بنیادی شناخته شده است، از موقعیت ویژه­ای در مدل استاندارد برخوردار است. در واقع کوارک t ، 40 بار از  شریک ایزواسپین ضعیف خود یعنی b سنگین­تر است و جرم آن قابل مقایسه با مقیاس شکست تقارن الکترو ضعیف است، همچنین جفت شدگی یوکاوا[6] آن با بوزون هیگز[7] نزدیک 1 است.

کشف کوارک t موفقیت بزرگ مدل استاندارد است. مدل استاندارد وجود این ذره را به عنوان شریک ایزواسپین ضعیف برای کوارک b قبلا در زمان کشف آن در1977 پیش بینی کرده بود.

در عوض اندازه ­گیری خصوصیات  t محدودیت­های بیشتری را بر سایر ذرات از جمله بوزون هیگز اعمال می­ کند. برای مثال، جرم زیاد این ذره سهم­های بزرگی را در حلقه­های مجازی فرمیونی از

تصحیحات تابشی وارد می­ کند. به دلیل جرم سنگین کوارک t، در برخورد­دهنده­های ذراتی که به انرژی­های مرکز جرم بالا دست می­یابند تولید این ذره لازم می­ شود. انتظار می­رود که برخورد دهنده هادرونی بزرگ (LHC) [8] در CERN، پروتون­ها را با انرژی مرکز جرم TeV 14  برخورد داده و میلیون­ها رویداد t را در سال متعهد شود. چون زمان واپاشی این کوارک از زمان هادرونی شدن آن کوتاه­تر است کوارک t تنها کوارکی است که پیش از هادرونی شدن واپاشی می­ کند، بنابر­این طول عمر کوتاه این ذره فرصتی برای مشاهده قطبش آن در تولید فراهم کرده و همچنین می­توان از آن برای بررسی خصوصیات یک کوارک   bareاستفاده نمود. تمام این ویژگی­ها  گویای این می­باشد که کوارک t می ­تواند نقش استثنایی در مدل استاندارد داشته باشد.

کوارک t عمدتا از راه برهم­کنش قوی بصورت زوج تولید می­ شود. تولید زوج این ذره در برخورد­دهنده­های هادرونی فرایند غالب است. با این حال در LHC علاوه بر این، تعداد قابل ملاحظه­ای از کوارک­های t از راه برهم­کنش ضعیف به تنهایی تولید می­شوند. مطالعه این کانال  به دلیل حساسیت بالای آن به کشف فیزیک جدید و نیز از آنجایی که تنها کانالی است که اندازه ­گیری مستقیم عنصر ماتریسی CKM ، ، را فراهم می­ کند بویژه جالب توجه است. تولید تک کوارکt  فرصت بسیار خوبی برای مطالعه برهم­کنش  جریان باردار ضعیف فراهم می­ کند. اندازه ­گیری سطح مقطع تولید تک کوارک t در Fermilab Tevatron و  (LHC)    CERNطراحی شده است.

در این رساله به بررسی رویدادهای تولید کوارک t از راه کانال t برای محاسبه سطح مقطع تولید آن می­پردازیم. در فصل دوم، خلاصه کوتاهی از مدل استاندارد با حضور کوارک t در این مدل همراه با شرح اهمیت وجایگاه این ذره و نیز نظریه الکتروضعیف ارائه خواهد شد. در فصل سوم، تولید کوارک t به دو صورت تک و زوج از دیدگاه نظریه میدان و پدیده شناسی شرح داده خواهد شد. فصل چهارم شامل بررسی سطح مقطع و روش مشاهده تک کوارک t در Tevatron و LHC خواهد بود. بخش اول فصل پنجم به محاسبه سطح مقطع پارتونی در تولید تک کوارک t پرداخته و در بخش دوم تابع توزیع پارتون­ها اعمال می­ شود. فصل ششم به مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج LHC در  می ­پردازد.