Maddenin Muhtemel Yeni Yapı Düzeyinin TeV Enerjili Çarpıştırıcılarda Aranması

Projenin amacı, Standart Model’in (SM) çözümleyemediği problemlere çözüm sağlayabileceği düşünülen maddenin yeni yapı düzeyi (preonlar) ile ilgili ülkemizde üst düzey araştırmaların yapılmasını sağlamaktır.

Elektromanyetik, zayıf ve kuvvetli etkileşmeleri birleştiren Standart Model binlerce deneyin sonuçlarını doğru yorumlamasına rağmen birçok temel soruya cevap verememektedir. SM’nin açıklayamadığı problemler olarak temel fermiyonların kütleleri ve karışımı, sağ-sol simetrisinin kırınımı, fermiyon ailelerinin sayısı, karanlık maddenin taşıyıcıları sıralanabilir. Temel parçacıkların ve serbest parametrelerin enflasyonu (sayılarının çokluğu), SM’nin daha temel bir teorinin tezahürü olduğunun göstergesidir. Bu kapsamda; preon modelleri, süpersimetri, ek boyutlar gibi bir çok yaklaşım geliştirilmektedir. Maddenin temel yapıtaşları ile ilgili bilgimizin tarihi gelişimi açısından maddenin yeni yapı düzeyini öngören preon modelleri daha gerçekçi gözükmektedir. Proje çerçevesinde yeni (pre-)preonik model geliştirilecektir. Bu modellerin öngördükleri yeni parçacıkların ve etkileşmelerin TeV enerjili çarpıştırıcılarda (LHC – Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, CLIC – Kompakt Lineer Çarpıştırıcı, LHeC – Büyük Hadron elektron Çarpıştırıcısı, vb.) gözlenebilmesi ile ilgili araştırmalar yapılacaktır.

Kuramsal yaklaşım olarak Grup Teorisi ve Kuantum Alan Teorisi kullanılacaktır. TeV enerjili çarpıştırıcılarda yeni parçacıkların üretiminin incelenmesi için CompHEP, CalcHEP, MadGraph, Pyhtia simulasyon programları kullanılacaktır. Ayrıca üretilen parçacıklar Delphes ve PGS dedektör simülasyon programlarından geçirilecektir ve bu parçacıkların dedektör içindeki davranışları incelenecektir.

Projede ulaşılmak istenen hedefler: yeni (pre-)preonik model geliştirmek, preon modellerin öngördüğü yeni parçacıkların ve yeni etkileşmelerin türüne göre hangi çarpıştırıcılarda daha iyi incelenebileceğini belirlemektir. Elde edilecek sonuçların LHC ve kurulması planlanan yeni çarpıştırıcıların araştırma programlarına dahil edilmesi önerilecektir. Proje kapsamında 1 Doktora ve 3 Yüksek Lisans öğrencisi yetiştirilecektir. Maddenin yeni yapı düzeyinin keşfedilmesi durumunda; bunun bilimsel, teknolojik ve sosyo-ekonomik etkilerinin atom yapısını ortaya çıkaran ve son yüzyılın yüksek teknolojisinin temelini oluşturan Rutherford deneyinin sonuçları ile karşılanabilir düzeyde olacağı kuvvetle muhtemeldir.

Proje Kapsamında Yayınlanmış Makaleler ve Önbaskılar

Preonlarla İlgili Güncel Çalışmalar

A Composite Model of Quarks and Bosons

(Moffat, J.W. Int.J.Mod.Phys. A30 (2015) no.03, 1550014 arXiv:1401.3029 [hep-ph])

SM’de olduğu gibi bu modelde de leptonlar noktasal, gluonlar ve fotonlar ise kütlesiz ve noktasal olarak kabul edilmişlerdir. Ancak kuarkların ve geri kalan bozonların ise bileşik yapılar olduğu düşünülmektedir. Bu modele göre SM kuark ve bozonlarının en temel yapıtaşı bir izo-spin ikilisidir:

ψ=(v¦w)

Kütlesiz v ve w bileşenleri "Geminis" olarak adlandırılmaktadırlar.

Yukarı kuark (u) iki v ve bir w; aşağı kuark (d) ise iki anti-w ve bir anti-v’den oluşmaktadır. Bu tür üçlü kombinasyonları ise SM kuarkların üç ayrı renk yüküne sahip olmalarını sağlamaktadır. Örneğin; vvw kombinasyonu kırmızı renk yüküne denk gelmektedir. Daha üst aile üyelerinin de oluşabilmesi için yük:

Q=I_3+ 1/2(B+S+C+B^'+T)

şeklinde tanımlanmıştır. Burada I3 izospin üçüncü elemanı, B baryon sayısı, S acayiplik sayısı, C tılsım sayısı, B^' altlık sayısı ve T ise üstlük sayısıdır. Dikkat edilirse, v ve w için ayrıca vvv ve www üçlü kombinasyonları da bulunmaktadır. Ayrıca çalışmada W, Z ve H bozonlarının α ve β olarak adlandırılan ve üç aileye sahip olduğu öne sürülen renksiz kuarkların bağlı durumlarından oluştuklarını söylemektedir. Model, ayrıca öngörülen kuramsal egzotik mezonların da yine renksiz kuarklardan oluşuyor olabileceğini söylemektedir.

Standard Model Matter Emerging from Spacetime Preons

(Ratio, R., Open Acces Library Journal, DOI:10.4236/oalib.1102788)

Makaledeki temel fikir kuarkların ve leptonların maxonlar denilen karadeliklerden meydana geldiğidir. Bunlar spin, kütle ve yük olmak üzere üç kuantum sayısı ile karakterize edilmişlerdir. Kütle Planck Kütlesi, spin 1/2 ve yük 0 veya 1/3 tür. Örneğin 1. Aile fermiyonlar aşağıdaki bağlı durumdan meydana gelirler;

u_k=ε_ijk m_i^+ m_j^+ m^0

d ̅_k=ε_ijk m^+ m_i^0 m_j^0

e=ε_ijk m_i^- m_j^- m_k^-

υ ̅=ε_ijk m ̅_i^0 m ̅_j^0 m ̅_k^0

Aşağıda protonun bir pion ve bir pozitrona bozunumu

proton (m^+ m^+ m^0 m^+ m^+ m^0 m^- m^0 m^0 ) → pozitron (m^+ m^+ m^+) + pion (m^+ m^0 m^0 m^- m^0 m^0)

şeklinde gösterilmiştir. Maxon kütle ölçeği Planck ölçeği olarak varsayılmaktadır. Bu durumda bu parçacıklar çok ağır olmakla beraber SM parçacıklarını açıklayabilmek için makale içerisinde tanımlanan bir formülde bu kütleleri yok edip daha sonra Higgs ile etkileşim sonucu hafif kütle kazandıklarını söylüyor. Modelde, SM bozonları temel olarak kabul edilmiştir.