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 می­کند: 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 می­کنند، در حالی که در چگالی انرژی­های بالای قابل مقایسه با  اولین لحظات پس از انفجار بزرگ نقش مهمی  ایفا می­کنند. 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.  

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

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 می­شود.

 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.

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

تصحیحات تابشی وارد می­کند. به دلیل جرم سنگین کوارک t، در برخورد­دهنده­های ذراتی که به انرژی­های مرکز جرم بالا دست می­یابند تولید این ذره لازم می­شود. 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 می­کند، 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 می­تواند نقش استثنایی در مدل استاندارد داشته باشد.

کوارک t عمدتا از راه برهم­کنش قوی بصورت زوج تولید می­شود. تولید زوج این ذره در برخورد­دهنده­های هادرونی فرآیند 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 اندازه­گیری مستقیم عنصر ماتریسی CKM ، ، را فراهم می­کند بویژه جالب توجه است. تولید تک کوارکt  فرصت بسیار خوبی برای مطالعه برهم­کنش  جریان باردار ضعیف فراهم می­کند. اندازه­گیری سطح مقطع تولید تک کوارک t در Fermilab Tevatron و  (LHC)    CERNطراحی شده است.