Müon Çarpıştırıcılarında İkinci Aile Bağlantılı Yüklü Vektör-benzeri Leptonların Aranması

Abstract

Vektör benzeri leptonlar (VBL), E6 Büyük Birleşim Teorisi ve Çeşni Demokrasisi Hipotezi kapsamında öngörülmektedir ve Standart Model'deki (SM) kütle hiyerarşisi gibi sorulara cevap verebilir. Müon çarpıştırıcıları, ulaşılabilir kütle merkezi enerjisi, ışınlık ve hassasiyet açısından VBL'lerin tespitinde avantaj sağlayabilir. LEP deneylerinde yüklü VBL'lerin kütle sınırı 101,2 GeV olarak belirlenmiştir. Bu tezde, ikinci SM ailesi leptonlarıyla bağlantılı yüklü VBL'lerin 3-6-10-14 TeV kütle merkezi enerjilerine sahip müon çarpıştırıcılarında gözlenme olasılıkları, tesir kesitleri hesaplanarak incelenmiştir. Çift üretimde kinematik limit civarındaki kütlelere kadar (1,5-3-5-7 TeV), tek üretimde ise karışım açısı değeri 0.0035'ten büyükse kütle merkezi enerjisine yakın kütlelere kadar 2. nesil yüklü VBL'lerin araştırılabileceği sonucuna varılmıştır. Tek üretimde VBL'lerin tespiti durumunda karışım açısı 0.0035'ten büyükse belirlenebilecektir. Müon çarpıştırıcılarında çift üretim için 6-10-14 TeV kütle merkezi enerjili seçenekler ve tek üretim için ele alınan tüm kütle merkezi enerjilerinde yüklü VBL kütlesinin LHC'de ulaşılan kütle limitlerinin çok daha üzerine kadar taranabileceği görülmüştür.

Vector-like leptons (VBLs) are predicted by the E6 Grand Unified Theory and the Flavor Democracy Hypothesis, and they can potentially address issues such as the mass hierarchy in the Standard Model (SM). Muon colliders offer advantages in the detection of VBLs due to their achievable center-of-mass energy, luminosity, and precision. The mass limit for charged VBLs was determined to be 101.2 GeV in LEP experiments. This thesis investigates the detection probabilities of charged VBLs associated with the second SM family leptons at muon colliders with center-of-mass energies of 3-6-10-14 TeV, by calculating the cross sections. It was found that in pair production, masses up to the kinematic limit (1.5-3-5-7 TeV) can be probed, while in single production, second-generation charged VBLs can be investigated up to near the center-of-mass energy for mixing angles greater than 0.0035. If VBLs are detected in single production, the mixing angle will be determined if it is greater than 0.0035. For muon colliders, pair production at center-of-mass energies of 6-10-14 TeV and single production at all investigated energies can probe charged VBL masses significantly beyond the mass limits reached by the LHC.