Ağır İyonların Çarpıştırılması Ve Elektron-pozitron Çift Oluşumu

Abstract

Son yıllarda, nükleer maddenin araştırılması ve incelenmesi üzerine yapılan en önemli çalışmalardan biri rölativistik hızlarda ağır iyonların çarpıştırılmasıdır. Bu deneyin en önemli amaçlarından biri, çarpışma esnasında meydana gelen maddenin kuark-gluon plazma hali ile ilgili bilgi edinebilmektir. Maddenin bu halinin, Büyük Patlamadan sonraki ilk mikro saniyeler içinde var olduğu düşünülmektedir. Böyle ultrarölativistik hızlarda çarpıştırılan ağır iyonların etraflarında Lorentz kısalmasına uğrayan çok şiddetli elektromanyetik alanlar oluşur ve bu alanlardan elektron-pozitron çiftleri, müon çiftleri, bozonlar ve belki de Higgs parçacıkları gibi farklı türde pek çok sayıda parçacık oluşur. Bu çalışmada, elektromanyetik alandan doğan parçacıklar arasından elektron-pozitron çiftlerinin oluşumu incelenmektedir. Lepton çiftlerinin oluşumu sırasında son durum lepton-hadron etkileşmeleri çok küçük olduğundan dolayı çiftler yaratıldıkları uzay-zaman bölgesiyle ilgili doğrudan bilgi taşırlar. Ağır iyon çarpışmalarında lepton çiftlerinin diğer bir kaynağı da kuark-gluon plazmasıdır. Eğer elektromanyetik alanda oluşan elektron-pozitron çiftleri tam olarak belirlenebilirse, kuark-gluon plazma hali hakkında da dolaylı yoldan bilgi sağlanmış olur. Bu çalışmada, ağır iyonların çarpıştırılması sonucu oluşan lepton çiftlerinin farklı yöntemlerle hesaplanan tesir kesitleri ve olasılıkları incelenmekte ve birbirleriyle karşılaştırılmaktadır. Monte-Carlo yöntemi ile elde edilen sonuçlar, Born yaklaşımı ile karşılaştırıldığında, özellikle yüksek enerji ve küçük saçılma parametreleri için daha iyi sonuç verdiği gösterilmektedir.

In recent years, one of the most important studies on investigating and examining nuclear matter is to collide the relativistic heavy ions. One of the most important aims of this experiment is to obtain knowledge about the quark-gluon plasma phase of matter that takes place during the collision. The existence of this phase of matter is taught to be occured in the first few microseconds after the Big Bang. In such collisions of heavy ions at ultrarelativistic velocities, Lorentz contracted high electromagnetic fields are formed around the ions and from these electromagnetic fields large numbers of different particles are produced such as electron-positron pairs, muon pairs, bosons and may be the Higgs particles. In this work, the formation of electron-positron pairs are investigated among the particles that are formed from the electromagnetic fields. During the formation of lepton pairs, since the lepton-hadron final state interactions are so small, pairs carry direct information about the space-time region of creation. In heavy ion collisions, another source of lepton pairs is the quark-gluon plasma phase. If electron-positron pairs that are produced from the electromagnetic field can be determined exactly, the information about quark-gluon plasma phase can be obtained indirectly. In present work, cross sections and probabilities of lepton pairs that are produced as a result of heavy ion collisions are calculated with different methods and compared with each other. It is shown that, the Monte-Carlo method gives better results especially for the higher energies and small impact parameters compared to Born approximation.