این رساله به مطالعه مشاهده پذیری رویدادهای تک کوارک تاپ پرداخته است. بدین منظور رویدادهای تولید تک کوارک تاپ از کانالtبرای اندازهگیری سطح مقطع آن مورد بررسی قرار گرفته است. بنابراین با توجه به اهمیت و جایگاه این ذره بنیادی در مدل استاندارد و ویژگیهای منحصر به فرد آن، ابتدا به شرح خلاصه کوتاهی از تاریخچه تولید آن در Tevatron(مشاهده اولیه ) و سپس در LHC ) کشف فرآیند با قطعیت آماری) اشاره شده است و در ادامه روش محاسبه سطح مقطع این فرآیند درLHCبا معرفی نمودارهای فاینمن موثر در تولید آن، ارائه شده است. در نهایتPDFمربوط به پروتونها به محاسبات افزوده شده است.فهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول: مقدمه.....................................................................................................................................................5فصل دوم: مدل استاندارد و نظریه الکتروضعیف.......................................................................................91-2 مدل استاندارد ...............................................................................................................................................102-2 نظریه الکتروضعیف ........................................................................................................................................173-2 مکانیسمHiggs و ماتریس CKM ...........................................................................................................224-2اندازهگیری عنصر ماتریسی ...............................................................................................................25فصل سوم: تولید کوارک t بصورت زوج و منفرد از دیدگاه نظریه میدان و پدیده شناسی.....................................................................................................................................................................261-3 تولید زوج کوارکt.......................................................................................................................................272-3 تولید تک کوارکt.........................................................................................................................................291-2-3 فرآیند کانالtیا گداختw-gluon....................................................................................................312-2-3 فرآیند کانالs...........................................................................................................................................333-2-3فرآیند تولید وابسته................................................................................................................................36 فصل چهارم: تک کوارک t در Tevatron و LHC..............................................................................371-1-4برخورددهندهTevatron......................................................................................................................382-1-4برخورددهنده بزرگ هادرونی ( LHC) ..............................................................................................391-2-4 مشاهده تک کوارک tدر Tevatron ..................................................................................................412-2-4 مشاهده تک کوارک t در LHC...........................................................................................................433-2-4سطح مقطع ...............................................................................................................................................443-4 سطح مقطع تولید تک کوارک tدر Tevatron و LHC ..................................................................471-3-4سطح مقطع تولید تک کوارک tدرTevatron ...............................................................................482-3-4سطح مقطع تولید تک کوارک tدرLHC .........................................................................................49 فصل پنجم: محاسبه سطح مقطع تولید تک کوارک تاپ...................................................................531-1-5 محاسبه سطح مقطع پارتونی................................................................................................................542-1-5 سطح مقطع فرآیند Wbt..............................................................................................................573-1-5 قواعد فاینمن برای نظریه الکتروضعیف ..............................................................................................584-1-5 متغیرهای ناوردای مندل استام............................................................................................................595-1-5روابط پایستگی انرژی و تکانه .................................................................................................................606-1-5محاسبه متغیرهای ناوردای مندل استام..............................................................................................617-1-5محاسبه دامنه پراکندگی M ................................................................................................................648-1-5 محاسبه سطح مقطع دیفرانسیلی در چارچوب مرکز جرم............................................................679-1-5سطح مقطع کل فرآیند............................................................................................................................7110-1-5نمودارهای موثر در تشکیل فرآیند ....................................................................................................731-2-5 توابع توزیع پارتونی) PDF(...............................................................................................................762-2-5 بررسی نمودارهای توزیع پارتونی درون پروتون.................................................................................793-2-5 مقدار عددی سطح مقطع کل................................................................................................................814-2-5بستهLHAPDF................................................................................................................................83فصل ششم: مقایسه نتایج این رساله با نتایج LHCدر ..........................................85فصل هفتم: فهرست منابع و مراجع.............................................................................................................88پیوست ....................................................................................................................................................................91هدف 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 1995با آزمایشهای D0 و[5]CDF در Tevatron انجام شد.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 شریکایزواسپینضعیف 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.کشف کوارک t موفقیت بزرگ مدل استاندارد است. مدل استاندارد وجود این ذره را به عنوان شریک ایزواسپین ضعیف برای کوارک b قبلا در زمان کشف آن در1977 پیش بینی کرده بود.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 ازتصحیحات 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 TeV14 برخورد داده و میلیونها رویداد tرا 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. [1]Standard Model[2] down[3] up[4] top[5] Collider Detector Facility[6] Yukawa[7] Higgs[8] Large Hadron collider