Parçacık hızlandırıcılarında Higgs ince ayarının izlerinin sürülmesi

Abstract

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) Higgs bozonunun keşfiyle birlikte SM'in parçacık spektrumu tamanlanmış ve bütün etkileşme biçimleri deneysel olarak doğrulanmış oldu. SM şimdiye dek bütün deneysel sınırlamalarla mükemmel bir uyum göstermiştir. Bununla birlikte doğallık problemi ve de spektrumunda karanlık madde adayı bir parçacığın bulunmaması gibi temel bazı nedenler yüzünden SM'in eksik olduğu düşünülmektedir. Bunların yanında, Higgs bozonu bulunurken başka herhangi bir parçacığın bulunmaması durumu daha da karmaşık hale getirmektedir. Bunun nedeni, doğallık ve karanlık madde problemlerini çözmemize imkan veren süpersimetri, ek boyutlar ve kompositlik gibi yapıların artık doğa ile uyumlu olmadıklarının ortaya çıkmış olmasıdır. Hal böyle iken gerçekleştirilmesi zorunlu olan şey SM'in doğallık, karanlık madde ve diğer problemlerini yeni parçacıklar olmaksızın çözmektir. İşbu TÜBİTAK 1001 projesinde SM'in problemlerine getirilen ana yaklaşım şu sekildedir: Çekim kuvveti, ki kuantumlanamadığı için SM'e dahil edilememektedir, UV ölçeğe hassas kuantum katkılarının bir sonucu olarak ortaya çıkabilir. Bu indüklenme ayar bozonlarının UVölçek mertebesindeki kütlelerini ortadan kaldıracak şekilde (yani ayar simetrilerini restore edecek şekilde) ortaya çıkabilmektedir (Bkz. Bölüm 6). Bu simetri restorasyon etkisi (Bkz. Bölüm 5) getirilen yaklaşımın Sakharov?un indüklenmiş çekim kuvveti ile temel farkı oluşturmaktadır. SM'in anılan problemlerini bu doğallaştırma yöntemi ile çözmek diğer problemleri çalışmaya uygun bir yapı sunmaktadır. Gerek bu kütleçekimsel doğallaştırma gerekse ince ayara izin vererek SM'i stabilize etmek işbu proje çalışmasının özünü oluşturmaktadır. Projenin geri kalan yapılanması şu şekildedir: - Higgs bozon kütlesine gelen UV-ölçeğindeki katkıları bir Stueckelberg skaleri yoluyla sıfırlamak (en azından 1 halka düzeyinde). Bu çalışmada ince ayar vardır. Model doğal değildir ama minimaldir. Bu modeli hızlandırıcılarda yoklamak için uygun süreçler mevcuttur. (Bkz. Bölüm 2) - SM spektrumu içinde gizlenmiş bir spin-3/2 alanı (kendini yalnızca dolaylı olarak gösteren) yoluyla karanlık maddeyi modellemek ve bu alanın yol açtığı UV-ölçeğindeki katkıları Bölüm 6'daki gibi kütleçekimsel olarak stabilize etmek ve de kozmik Higgs enflasyonunu gerçellemek. Bu spin-3/2 alanı planlanmakta olan lepton çarpıştırıcılarında önemli sinyaller verebilmektedir. (Bkz. Bölüm 3) - SM içinde önem atfedilmemiş bazı kanallar (tipik olarak nötrino ve Higgs bozon içeren) LHC deneylerinde yoklanabilir. Bu kanallar gizlenmiş spin-3/2 alan nedeniyle ortaya çıkarlar ve bunları yoklamak için gereken şey yüksek-boyutlu operatörler düzeyinde ortaya çıkan foton etkileşmelerini göz önüne alarak foton yayılım süreçlerini incelemektir. Proje kapsamında yetiştirilememiştir ancak kozmik ortamda kalıt fotonlarla nötrinoların etkileşmeleri de bu türdendir. (Bkz. Bölüm 4). - Bölüm 6?daki gravitasyonel doğallaştırma çabası sırasında farkedilir ki mevcut mekanizmayı gerçellemenin en iyi yollarından biri afin uzayındaki çekim kuramını esas alarak genel rölativiteye inmektir. Bu gözleme ilişkin olarak gösterilebilir ki afin uzayında kozmik enflasyon doğal olarak ilerler ve de Jordan-Einstein ikilemi gibi genel rölativite durumunu anlamsız kılan problemler de ortadan kalkar (Bkz. Bölüm 7) LHC ve lepton çarpıştırıcılarına özgü çarpışma süreçlerini incelerken ağaç ve etkin modeller seviyelerindeki hesaplamalar için CalcHEP paketi, halka mertebesindeki hesaplarda FeynArts, FormCalc ve LoopTools paketleri kullanılmıştır. Bu projede SM'in doğallık ve karanlık madde problemleri incelenmiş ve önerilen yaklaşımların olası çarpıştırıcı sinyalleri ayrıntılı olarak incelenmiştir.