Μελέτη παραγωγής αδρονικών πιδάκων στα πλαίσια μη καθιερωμένων προτύπων

Abstract

This doctoral dissertation was conducted under the guidance of Professors N. Antoniou, E. Argyris, S. Vlassopoulos and C. Kourkoumeli.Its main purpose is to search for methods, as well as precise theoretical computations, which allow the detection of "new" physics in multi-jet processes in the context of new theoretical models.The first chapter introduces the Standard Model of Electroweak Interactions and Quantum Chromodynamics, and highlights key successes and weaknesses.In the second chapter we briefly present the theoretical background of Supersymmetry. Then we propose a method of detecting the supersymmetric partners in proton-antiproton collisions, based on hadronic jets production with small missing transverse energy, in contrast to the traditional technique that focuses on the production of jet accompanied by large missing energy. It is thus possible to extract independently limits to the masses of the supersymmetric partners.In the third chapter we present the proposal of a sub-structure of "elementary” particles. In particular we study the involvement of the contact interaction in the production of two and three jets. This work was based on the application of the method of spinor products, which proved to be extremely useful in the calculations of the production of many jets. The result of this led to the determination of lower bounds on the compositeness scale, and show that the sensitivity of modern accelerators (CERN and Tevatron) on the quark compositeness scale reaches the full collider centre of mass energy available.In the fourth chapter, we briefly present the theory of strings, which is today one of the most promising proposals for the unification of all known interactions: electroweak, strong and gravitational. Then, based on phenomenological model derived from the theory of supersymmetric strings, we study the impact of superstring theories on the production of hadron jets, particularly on the production of four hadron jets, which allows us to determine the sensitivity of accelerators to detect the predicted new particles.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εκπονήθηκε υπό την καθοδήγηση των καθηγητών Ν. Αντωνίου, Ε. Αργύρη, Σ. Βλασσόπουλου και της Χ. Κουρκουμέλη.Κύριος σκοπός της είναι η αναζήτηση μεθόδων, καθώς και ο ακριβής θεωρητικός υπολογισμός, που επιτρέπουν την ανίχνευση ενδείξεων “νέας” Φυσικής σε διαδικασίες παραγωγής αδρονικών πιδάκων στα πλαίσια νέων θεωρητικών προτύπων.Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το Καθιερωμένο Πρότυπο των ηλεκτρασθενών αλληλεπιδράσεων και της Κβαντικής Χρωμοδυναμικής, και επισημαίνονται οι βασικές επιτυχίες και αδυναμίες.Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζουμε με συντομία το θεωρητικό υπόβαθρο της Υπερσυμμετρίας. Στην συνέχεια προτείνουμε μέθοδο ανίχνευσης των Υπερσυμμετρικών εταίρων σε αλληλεπιδράσεις πρωτονίου-αντιπρωτονίου, που βασίζεται στην παραγωγή αδρονικών πιδάκων με μικρό έλλειμμα εγκάρσιας ενέργειας, σε αντίθεση με την παραδοσιακή τεχνική που επικεντρώνει σε παραγωγή πιδάκων συνοδευόμενων από μεγάλο έλλειμμα ενέργειας. Γίνεται έτσι δυνατόν να εξαχθούν με ανεξάρτητο τρόπο κάτω φράγματα στις μάζες Υπερσυμμετρικών σωματίων.Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε την πρόταση σύνθετης δομής των “στοιχεωδών” σωματιδίων. Ιδιαίτερα μελετάμε την συμμετοχή της αλληλεπίδρασης επαφής στην παραγωγή δύο και τριών αδρονικών πιδάκων. Η εργασία αυτή στηρίχθηκε στην εφαρμογή της μεθόδου των σπινοριακών γινομένων, που αποδεικνύεται εξαιρετικά χρήσιμη σε υπολογισμούς παραγωγής πολλών αδρονικών πιδάκων. Το αποτέλεσμα της εργασίας αυτής μας οδήγησε στον προσδιορισμό κάτω φραγμάτων στην κλίμακα συνθετότητας, και αποδείξαμε οτι η ευαισθησία των σύγχρονων επιταχυντών (CERN και Tevatron) σε φαινόμενα δομής των κουόρκ αγγίζει τις προσφερόμενες ενέργειες κέντρου μάζας.Στο τέταρτο κεφάλαιο τέλος, παρουσιάζουμε σε συντομία την θεωρία των νημάτων, που αποτελεί σήμερα μια από τις πιο ελπιδοφόρες προτάσεις για την ενοποίηση όλων των γνωστών αλληλεπιδράσεων: ηλεκτρασθενούς, ισχυρής και βαρυτικής. Στην συνέχεια, με βάση φαινομενολογικό πρότυπο που εξάγεται από την θεωρία των Υπερσυμμετρικών νημάτων, μελετάμε τις επιπτώσεις των υπερσυμμετρικών νηματικών θεωριών στην παραγωγή αδρονικών πιδάκων και ειδικότερα στην παραγωγή 4 αδρονικών πιδάκων, γεγονός που μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε την ευαισθησία των επιταχυντικών διατάξεων στην ανίχνευση νέων σωματίων που προβλέπονται.