مشاهده رویدادهای با گاف تندی بزرگ در hera تصور فیزیکی ناکشسان ژرف (dis) را در اذهان تغییر داد. دراین پایان نامه با معرفی مدل های رژٍ و qcd و فرض تبادل پامرون در فرایند dis پراشیده به توضیح تئوری آنها پرداخته شده است. توابع چگالی پارتون پراشیده با استفاده از عامل بندی رژٍ پارامتربندی شده اند و آنالیز داده ها توسط معادله dglap در مرتبه دوم انجام شده است.نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی گروه h1 مقایسه شده است.

در پراکندگی الکترون های قطبیده از هدف های قطبیده با توابع ساختار اسپینی روبرو می شویم. در رسم نمودارهای این توابع ساختار در ناحیه ی x بزرگ تطبیق خوبی با داده های آزمایشگاهی نمی بینیم بنابراین تصحیحات جرم هدف را اعمال می کنیم. این تصحیحات در کنار توزیع پیچش های بالاتر بررسی می شوند به دلیل اینکه هم مرتبه می باشند. با اعمال این تصحیحات نتایج خوبی برای توابع ساختار پروتون، نوترون و دوترون به دست آوردیم.

در این پایان نامه، مروری بر بررسی های پدیده شناسی و آزمایشگاهی تابع ساختار وابسته اسپینی نوکلئون g1 در مقادیر کوچک x و q2 میشود و تحلیل qcd بر روی داده های بدست آمده از پراکندگی ناکشسان ژرف قطبیده و توزیع های پارتون بیان میشود. در محاسبه تابع توزیع پارتون ها و تابع ساختار g1 با انتخاب فرم جدید برای توابع توزیع پارتون ها در مقیاس اولیه به بررسی تابع ساختار قطبیده پروتون خواهیم پرداخت سپس با استفاده از بسته نرم افزاری پگاسوز تابع ساختار g1 پروتون، دوترن و نوترون در مرتبه nlo را محاسبه می کنیم. نتایج بدست آمده با داده های تجربی توافق خوبی دارند.

در قدیمی ترین مدل های توزیع پارتون دریای نوکلئون دارای تقارن طعم فرض می شد. این فرض هیچ مبنای فیزیکی شناخته شده ای نداشت تا اینکه شواهدی مبنی بر شکست تقارن طعم در دریای نوکلئون به دست آمد. ما در این پایان نامه، با استفاده از شواهد تجربی عدم وجود تقارن را بررسی کرده و سپس با ارائه ی مدل ابر مزونی از لحاظ نظری به بررسی شکست تقارن در حالت قطبیده می پردازیم. سپس با استفاده از تابع شکستگی این عدم تقارن را محاسبه می کنیم.

ر این رساله، با کمک کامل ترین و جدیدترین داده های تجربی پراکندگی ناکسشان ژرف، آنالیز ‎lr{qcd}‎ تابع ساختار پروتون ‎$f_2^p(x,q^2)$‎ در تقریب ‎lr{nlo}‎ ارائه می گردد. سهم کوارک های سنگین در تابع ساختار پروتون، ‎$f_2^i(x,q^2)‎ ~~ ‎i=c,b$‎، در رهیافت موسوم به تعداد طعم ثابت ‎(lr{ffns})‎ که سازگاری بسیار خوبی با داده های طعم های سنگین دارد، به این آنالیز اضافه شده است. طیف گسترده ای از داده های تجربی پراکندگی ناکسشان ژرف ‎(lr{nc dis})‎ برای استخراج توابع توزیع پارتونی ‎lr{kkt/kktc}‎ مورد استفاده قرار گرفته اند. در آنالیز حاضر از داده های تجربی ترکیب شده ‎lr{hera}‎ برای سطح مقطع پراکندگی ‎$sigma^pm_{r,nc}(x,q^2)$‎، به همراه تمامی داده های در دسترس برای کوارک های سنگین ‎$f_2^{c,b}(x,q^2)$‎، تابع ساختار طولی ‎$f_l(x,q^2)$‎ و خصوصاً داده های تجربی به روز ‎lr{h1}‎ به منظور استخراج دقیق تر تابع توزیع پارتونی ‎lr{kkt/kktc}‎ استفاده شده است. داده های اخیر گروه ‎lr{hermes}‎ برای توابع ساختار پروتون و دوترون نیز بخش دیگری از داده های به کار گرفته شده در این آنالیز را تشکیل می دهند.‎ به منظور تعیین دقیق تر تابع توزیع گلوئون در محدوده ی ‎$x$‎های میانی و بزرگ، داده های تولید جت در ‎lr{hera}‎ و ‎lr{tevatron}‎ نیز به کار گرفته شده اند. تأثیر داده های مورد استفاده بر روی توابع توزیع مستخرج از برازش‏، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته اند. ما در این رساله، دو تابع توزیع پارتونی ‎lr{kkt}‎ و ‎lr{kktc}‎ را معرفی کرده ایم که در آنالیز دوم داده های ترکیب شده ‎lr{hera}‎ جایگزین داده های مجزای گروه های ‎lr{h1}‎ و ‎lr{zeus}‎ گردیده است. نتایج بدست آمده در تقریب ‎lr{nlo}‎ و در رهیافت موسوم به ‎lr{ffns}‎، سازگاری بسیار بالایی را با آنالیزهای انجام شده توسط گروه های دیگر و داده های تجربی در دسترس، نشان می دهد.

با وجود اینکه نظریه برهم کنش های قوی و دینامیک کوانتومی رنگ حدود حدود ‎??‎ سال پیش فرمول بندی شده است‏، اما همچنان از شاخه های تحقیقاتی بسیار فعال در فیزیک ذرات بنیادی به شمار می رود. اهمیت این موضوع به روشنی با جایزه نوبل سال ‎????‎ که برای کشف آزادی مجانبی قابل درک است. ‎ افزایش انرژی در شتاب دهنده ها به کاوش نوکلئون ها توسط لپتون های پر انرژی منجر شد. در سال های اخیر حضور شتابدهنده های قوی امکان دسترسی به تعداد قابل توجهی داده آزمایشگاهی را در مقیاس های انرژی مختلف امکان پذیر کرده است. نیاز برای تحلیل دقیق این داده ها باعث شد که به طور همزمان تکنیک های نرم افزاری و روش های عددی توسعه پیدا کنند. از آنجا که توابع توزیع پارتون ها امکان پیش بینی سطح مقطع پراکندگی را فراهم می آورند، همه فرآیندهای انرژی بالا در فیزیک ذرات به آنها نیازمند هستند‏. ‎ ‎‎‎ ساختار این رساله که در راستای درک ساختار پومرون قرار دارد ‎‎به صورت زیر است: در فصل ‎اول مفهوم پراکندگی ناکشسان ژرف در دو فرم استاندارد و پراشیده توضیح داده شده است. فصل ‎دوم واژه نامه ای از انرژی های بالا را دربر دارد و به توضیح تئوری رژه و پومرون می پردازد. در فصل ‎ سوم‎‎ پدیده شناسی پراکندگی ناکشسان ژرف پراشیده را با معرفی مدل های مختلف موجود بررسی می کنیم. فصل ‎ چهار ‎نیز به‎ تحلیل داده های تجربی و ارائه نتایج اختصاص دارد. در این پایان نامه سعی کردیم که برای نخستین بار توابع توزیع پارتون های پراشیده سازنده پومرون را به فرمی جدید و برمبنای برازش بر روی تقریباً تمام داده های پراشیده ‎hera استخراج و ارائه کنیم.

فرآیند پراکندگی نا کشسان ژرف ابزاری موثر برای درک ساختار نوکلئون ها ا ست. توابع توزیع پارتون ها از اهمیت فوق العاده ای در فیزیک انرژی های بالا برخوردار است. توابع توزیع پارتون در نوکلئون برای حالتی که آزاد در نظر گرفته می شود، به طور محسوسی متفاوت است. این موضوع با اثرات هسته ای پررنگ تر می شود. شرط لازم برای پراکندگی ناکشسان ژرف, بررسی تحلیل جهانی و توابع توزیع پارتون می باشد. ‏در این پایان نامه با کمک دو بسته نرم افزاری ‎ ‎minuit‎ ‎ و ‎ pegasus ‎ که هر دو به زبان فرترن نوشته شده اند‏‏، برازش منطقی از داده های آزمایشگاهی نسبت های تابع ساختار ‎ برای تعیین توابع توزیع پارتون را بدست آوردیم. ‎‏ما تقریب مرتبه‏ ی اول را در پارامتری کردن توابع توزیع پارتون مدنظر قرار داده ایم.

در این پایان نامه، به فرآیند تولید بوزون برداری در فیزیک ‎lhc‎ می پردازیم. سطح مقطع مربوط بسیار بزرگ است و بازیابی حالت نهایی به علت اثرات مفیدی که در مدهای واپاشی لپتونی دارد، آسان است. چنین فرآیندهایی نقش مهمی در تنوع نشانه های فیزیک جدید بازی کرده و از طرفی به بهتر دانستن فیزیک مدل استاندارد در طبیعت برخورددهنده های هادرونی کمک می کند. ما پیشرفت های اخیر در توصیفات نظری تقریب مرتبه بالای نظریه ی ‎ qcd‎ و اثرات الکتروضعیف در تولید بوزون های برداری در lhc ‎ را بیان می کنیم. از سوی دیگر به فرآیند ‎drell-yan‎ و تولید جفت بوزون برداری در رابطه با جت ها می پردازیم. پیش بینی هایی را برای سطح مقطع های w‎، ‎z‎، gg h‎ و‎ ¯tt در lhc‎ ارائه خواهیم داد. همچنین به طور ویژه به وابستگی مقادیر مختلف ثابت جفت شدگی قوی، ‎می پردازیم. مقایسه ای بین تابع درخشندگی مربوط به کوارک-آنتی کوارک و گلوئون-گلوئون خواهیم داشت.

در این پایان نامه تحلیل qcdتابع ساختارغیر یکتا xf3 در فرآیند پراکندگی ناکشسان ژرف، توجه نتایج تجربی ارائه می شود. این تحلیل با استفاده از چندجمله متعامد صورت می پذیرد.

در این رساله با استفاده از کوانتوم کرومودینامیک اختلالی به پیشگویی درباره ی برخی مشاهده پذیرها در فرآیندهای انرژی بالا می پردازیم که این ذرات قابل مشاهده هادرون های سبک هستند. در این میان به مطالعه ی پدیده شناسی توابع ترکش در فرآیندهای هادرونی علاقه مند هستیم و شکل تابعی جدیدی از توابع ترکش پایون و کایون را تا مرتبه ی nlo ‎ ارائه می‎ نماییم و به برازش این تابع با استفاده از داده های آزمایشگاهی می پردازیم. یکی از داده هایی که در این برازش مورد استفاده قرار گرفت‏، داده های نابودی الکترون-پوزیترون است. ‎‎داده های مربوط به گروه های ‎‎babar ‎‎ و ‎‎ ‎belle‎ ‎‎ داده های بسیار جدیدی هستند که به ترتیب در انرژی های ‎ ‎10.54~gev‎ ‎ و ‎ ‎10.52~gev‎ گزارش شده اند. همچنین ما برای اولین بار از داده های نامتقارن در فرآیند نیمه فراگیر پراکندگی ناکشسان ژرف برای محاسبه ی این توابع ترکش استفاده می کنیم. در این تحلیل به بررسی تاثیر داده های نامتقارن فرآیند نیمه فراگیر پراکندگی ناکشسان ژرف بر روی توابع ترکش می پردازیم به طوریکه در داده های مربوط به این فرآیند هادرون ها با بارهای مختلف قابل شناسایی هستند. با استفاده از داده های نامتقارن فرض تقارن بین توابع ترکش کوارک و پادکوارک را برای پارتون های سبک شکستیم. نتایج بدست آمده از تحلیل ما در توافق بسیار خوبی با داده های نابودی الکترون-پوزیترون و با داده های نامتقارن پراکندگی ناکشسان ژرف است. از آنجایی که واپاشی کوارک تاپ یکی از موضوعات جالب در ‎ ‎lhc‎ ‎ است‏، با استفاده از توابع ترکش بدست آمده و با بهره گیری از یکسان بودن توابع ترکش در همه ی فرآیندها و ویژگی نقض مقیاس بندی آن ها‏، به پیشگویی توزیع انرژی مقیاس بندی شده ی ‎ پایون و کایون‎ در تولید فراگیر در واپاشی کوارک تاپ در مرتبه ی ‎ ‎nlo‎ ‎ و در رهیافت تعداد طعم متغیر با جرم صفر می پردازیم.

در این رساله ابتدا پراکندگی ناکشسان عمیق قطبیده و تصحیحات qcd اختلالی را برای محاسبه تابع ساختار قطبیده مورد مطالعه قرار می دهیم و در ادامه فرم پارامتری جدیدی را برای توابع نوزیع پارتون های قطبیده با استفاده از فرآیند برازش روی داده های بسیار جدید، به ویژه داد هایی از از گروه های آزمایشی hermes و compass، ارائه خواهیم کرد. فرم پارامتری جدید سهم های یکتا و غیر یکتای توابع توزیع قطبیده به همراه ثابت جفت شدگی قوی به کمک بسته نرم افزاری پگاسوز تا مرتبه nlo محاسبه می شوند. با افزایش دقت داده های آزمایشگاهی پراکندگی ناکشسان ژرف قطبیده نیمه فراگیر می توان کوارک های دریا را از هم تمیز داد و شکست تقارن su2 و ُsu3 را اعمال کردو با این فرض جدید کوراک های دریا و گلوئون قطبیده با دقت بیشتری قابل استخراج هستند. در حین استخراج توابع توزیع قطبیده روش جیدی جهت ساده سازی حاصل ضرب پیچشی دوگانه ارائه شده است و محاسبه خطا به روش hessian صورت گرفته است.

با توجه به نقش مهم اسپین هادرون ها در فیریک ذرات بنیادی و نیز تعیین تکانه زاویه ای مداری با استناد بر قانون جمع اسپینی برآنیم تا یک فرم وابسته به q^2 برای l_z میان کوارک ها و گلوئون ها استخراج کنیم،که این موضوع در فیزیک ذرات بنیادی نقش مهمی را ایفا می کند. در ادامه نتایج بدست آمده از مجموع تکانه زاویه ای کوارک ها و گلوئون ها که با استناد بر قانون جمع اسپینی (بدون استفاده مستقیم) می باشد را با نتایجی که بطور مستقیم از قانون جمع اسپینی بدست می آید، به کمک کدنوییسی فرترن مقایسه می کنیم.

در این پایان نامه به معرفی بسته ی نرم افزاری qcdnum می پردازیم. این بسته ی نرم افزاری معادلات تحول را برای چگالی پارتون ها و توابع ترکش در qcdاختلالی به صورت عددی حل می کند. استفاده از بسته های نرم افزاری که معادلات تحول را حل می کند کمک شایانی به پژوهش های بررسی ساختار پروتون می کند. سرعت و دقت محاسبات در این برنامه ها بسیار حائز اهمیت می باشد. هدف اصلی از نگارش این پایان نامه ، معرفی بسته ی نرم افزاری ‎qcdnum می باشد که به منظور حل معادلات تحول برای چگالی پارتون ها و توابع ترکش در‎qcd ‎اختلالی مورد استفاده قرار می گیرد. این برنامه چگالی پارتون های غیر قطبیده را تا تقریب مرتبه ی سوم ‎(nnlo)‎ تحول می دهد. فصل اول این پایان نامه مروری خلاصه بر معرفی ‎qcdnum انجام شده است. فصل دوم مفاهیم پایه ی فیزیک ذرات بنیادی را مرور می کنیم. فصل سوم چارچوب نظری فرآیند ناکشسان ژرف و قواعد اصلی آن به همراه متغیرهای سینماتیکی، نظریه qcd و معادلات تحول ‎dglap مورد بررسی قرار می گیرند. فصل چهارم به مطالعه مفاهیم به کار رفته در بسته نرم افزاری‎qcdnum‎ ، نصب، اجرا، تحول qcd،محاسبات به روش عددی ، برنامه‎qcdnum ، معرفی و فراخوانی روال ها، پارامترها و روش به کارگیری این بسته ی نرم افزاری می پردازیم. فصل پنجم توابع توزیع پارتون ها که با استفاده ازqcdnum به دست آمده است، معرفی خواهد شد و در ادامه نتیجه گیری و دورنمای کار با بسته ی نرم افزاری qcdnum شرح داده شده است. در ‎qcd ‎اختلالی سطح مقطع یک پراکندگی سخت هادرون-هادرون به عنوان هم گشت یک سطح مقطع پارتونی با توزیع تکانه پارتون های درون هادرون های برخوردکننده محاسبه می گردد. این توزیع پارتون ها به متغیر بیورکن‎(x کسری از تکانه ی پارتون های درون هادرون) و به مقیاس ??^2 که مولفه ی مربوط به فرآیند سخت می باشد ، بستگی دارد. با در نظر گرفتن این نکته که وابستگی‎x مربوط به چگالی پارتون ها غیر اختلالی است، وابستگی ‎را می توان با معادلات تحول‎dglap توضیح داد. بسط اختلالی توابع شکافتگی در این معادلات تا تقریب مرتبه ی سوم ‎nnloدر توان های ثابت جفت شدگی محاسبه شده است‎. ‎

یکی از مدل های پدیده شناختی برای متحد کردن توصیف ساختار هادرون در وصف پراکندگی و در وصف حالت قیدی مدل ولون است که با استفاده از آن می توان ساختار هادرون را در دو بخش بیان نمود: اول توابع توزیع پارتون ها در ولون و دوم توابع توزیع ولون ها در داخل هادرون. همچنین مدل ولون دارای خاصیتی است که می تواند احتمال بازترکیبی را بیان کند که توسط تابع بازترکیب امکان پذیر است و در مدلی تحت عنوان ولون-بازترکیب معرفی می شود. در واقع این مدل توصیف هادرونی شدن کوارک ها است. فرآیند هادرونی شدن در دو سطح قابل بررسی است. ابتدا ساختار هادرون ترکش یافته که با استفاده از توابع ترکش توصیف می شود و سپس ذرات تولیدی است که از بازترکیب کوارک ها و پادکوارک ها تولید می شوند که در مدل ولون-بازترکیبی مطالعه می شود. به طور کلی می توان گفت تمام فرآیندهای هادرونی شدن شامل ترکش در غالب بازترکیبی قابل توصیف هستند. همچنین می توان با معرفی رگبارهای پارتونی و اندازه گیری توزیعات آن ها در جت ها به بیان فرآیند ترکش در غالب مدل بازترکیبی پرداخت. در این پایان نامه ابتدا به شرح مدل ولون و سپس مدل ولون-بازترکیب پرداخته و در ادامه فرآیند ترکش را با استفاده از این مدل مورد مطالعه و بررسی قرار می د هیم. در نهایت با بیان کاربرد مدل بازترکیب در فرآیند ترکش و معرفی رگبارهای پارتونی، مقایسه ای بین توابع ترکش حاصل از مدل بازترکیب و توابع ترکش تا مرتبه nlo انجام شده است.

در گذشته عموماً فرض می شد که دریای شگفت در پروتون دارای تقارن کوارک-پاد کوارک است. با این وجود، بیش از دو دهه است که می دانیم فرآیندهای غیر اختلالی می توانند این تقارن را شکسته و اختلاف بین توابع توزیع کوارک شگفت و پاد شگفت را نتیجه دهند. این موضوع زمانی که گروه nutev اندازه گیری sin^2theta_w را ارائه نمود و نشان داد که تفاوت زیادی بین نتایج آن ها و مقدار پذیرفته شده وجود دارد، اهمیت بیشتری پیدا کرد چراکه یک مقدار مثبت برای مُمنت دوم اختلاف بین s و sbar می توانست این مشاهد? غیرعادی را توضیح دهد. در این پایان نامه، ما مدل های غیر اختلالی موجود برای توزیع کوارک ذاتی در پروتون که مبتنی بر بسط حالت های فوک تابع موج نوکلئون در چارچوب مخروط نوری شامل تراز پنج کوارکی یا پیکربندی های مزون-باریون مختلف هستند را مورد مطالعه قرار می دهیم و خواهیم دید که تنها مدل ابر مزونی mcm است که می تواند چنین عدم تقارنی را نتیجه دهد. سپس با استفاده از mcm و در نظر گرفتن هم? حالت های مزون-باریون ممکن، توزیع های کوارک و پاد کوارک ذاتی شگفت در پروتون و در نتیجه عدم تقارن آن ها را به دست آورده و با استفاده از برنام? qcdnum تحول این توزیع ها به مقیاس های بالاتر انرژی را نیز مورد مطالعه قرار می دهیم. به عنوان نتیجه، خواهیم دید که عدم تقارن به دست آمده برای توزیع کوارک و پاد کوارک شگفت با استفاده از mcm از مقدار اندازه گیری شده توسط nutev کوچک تر است، اما نتایج به دست آمده، با داده های hermes برای ((x(s(x)+sbar(x سازگاری خوبی دارد.

کوارک تاپ نقشی اساسی در مطالعه ی فیزیک جدید و آزمایشات بوزون هیگز ایفا می کند.در این پایان نامه علاوه بر مطالعه ی فیزیک کوارک تاپ به معرفی برنامه ی hathor پرداخته شده است که قادر به محاسبه ی سطح مقطع کوارک تاپ است.