Kuvars Fiber Bazlı Luminometre ve Facet Dedektörlerinin Tasarımı ve Simülasyon Çalışmaları

Tez Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Fakültesi Bölümü, Türkiye

Tez Danışmanı: Prof. Dr. Suat Özkorucuklu

Tezin Onay Tarihi: 2024

Tezin Dili: Türkçe

Özet:

Günümüz dünyasında evrenin yapı taşlarını keşfetmek için ileri teknolojiye sahip kapsamlı yüksek enerji fiziği deneyleri yapılmaktadır. Bu deneyler sayesinde yeni fizik teorileri ortaya konabilir ve nadiren görülen parçacıklar keşfedilebilir. Parçacık hızlandırıcı deneylerinde, parçacıkların çarpıştığı merkezi kütle enerjisi, araştırmanın derinliğini tam olarak yansıtmaz. Luminosite, parçacık hızlandırıcı deneylerinde başka bir kritik faktördür; parçacık demetlerinin birim zamanda ne kadar sık çarpıştığını gösterir ve dolayısıyla deneylerin hassasiyetini belirler. Yüksek luminosite, nadir olayların tespit edilme olasılığını artırarak, daha derin ve zengin bilimsel verilerin elde edilmesine olanak tanır.

Bu araştırmanın temel amaçlarından biri, yoğun radyasyon koşullarında dahi uzun süreler boyunca etkin çalışabilen, üstün hassasiyetle ölçüm yapabilen, yüksek mekanik dayanıklılığa sahip ve modern teknolojilerle donatılmış kompakt bir luminometre detektörünü simülasyon ortamında geliştirmektir. Bu çalışma aynı zamanda CMS için bir alt dedektör sistemi olarak tasarlanan FACET dedektörünün simülasyon ortamında detaylı bir biçimde geliştirilmesini amaçlamaktadır.

Luminometre detektörü kuvars çekirdekli fiberler, dönüştürücü plakalar ve foto-detektörler olmak üzere 3 ana bileşenden oluşmaktadır. FACET dedektörü ise hodoskop, bozunma hacmi, silikon iz-takip dedektörleri, elektromanyetik ve hadronik kalorimetreler olmak üzere birçok dedektörü bir arada bulunduran dedektör sistemidir. Luminometre ve FACET dedektörlerine ait bileşenlerin her birinin deneysel verileri Geant4 simülasyon uygulamasına entegre edilmiştir ve her bir donanım geometrik ve yapısal olarak optimize edilmiştir. Bu optimizasyonlar sonucunda luminometre ve FACET dedektörleri tüm bileşenlerinin bir araya getirilmesi ile tasarlanarak Geant4 simülasyon uzayında test edilmiştir. Bu simülasyonlar sayesinde luminometre ve FACET dedektörlerinin tasarım süreci büyük ölçüde iyileştirilmiş ve dedektörlerin gerçek koşul senaryoları için uygunluğu teyit edilmiştir.

Luminometre dedektörü parçacık hızlandırıcılarında kullanılabileceği gibi, nükleer enerji, nükleer tıp (PET/MRI), ulusal güvenlik, askeri uygulamalar, telekomünikasyon ve kuantum kriptografi gibi birçok uygulama alanına sahiptir. FACET dedektörü ise uzun ömürlü parçacıkların ve karanlık fotonların doğasını keşfederek yeni fizik araştırmalarının önünü açacaktır.