در این پایان نامه ابتدا رویدادهای هادرونی حاصل از نابودی الکترون-پوزیترون در انرژی مرکز جرم gev60 تا gev207 مورد بررسی قرار می گیرند. داده های تجربی با مدل های جدید ارائه شده در نظریه ی qcd اختلالی مقایسه می شوند. نتیجه ی این مقایسه نشان می دهد هرچه مرتبه ی اختلال افزایش یابد سازگاری داده ها با مدل بیشتر می شود. همچنین ثابت پیوندی قوی با استفاده از سه روش 1- ممان های توزیع 2- آهنگ رویدادهای سه جتی 3- توزیع های شکل رویداد تا تقریب مرتبه ی nnlo محاسبه می شود. مشاهده می کنیم که تغییرات ثابت پیوندی نسبت به انرژی با پیش بینی های qcd سازگاری دارد. پس از آن qcd در نزدیکی سیاه چاله های کوچک تولید شده در انرژی های بالاتر از tev و همچنین رفتار تابع موج گلوئون ها، کوارک ها و مزون ها در نزدیکی این سیاه چاله های کوچک مورد بررسی قرار می گیرد . مشاهده می شود تابع موج بیرونی سیاه چاله کاملاً از تحولات درون سیاه چاله تأثیر می پذیرد. نتایج محاسبات ما نشان می دهند که سطح مقطع گسیل مزون ها از درون سیاه چاله، از سطح مقطع تولید مزون ها بر اثر برهم کنش کوارک های بیرون سیاه چاله بیشتر است. سرانجام، وابستگی دامنه tree level گلوئون ها به توزیع های حرارتی آنها نزدیک سیاه چاله های کوچک مورد بحث قرار می گیرد.

یکی از پارامترهای بنیادی qcd اختلالی، جفت شدگی است.در این پایان نامه اصول تئوری پارامتر جفت شدگی برهم کنش قوی بررسی شده است. در نابودی الکترون-پوزیترون، با استفاده از آهنگ رویدادهای سه و چهار جتی و همچنین با بکارگیری بسط اختلالی در تقریب nlo وnnlo، ثابت پیوندی قوی تعیین می شود. همچنین محاسبه ثابت جفت شدگی در مقیاس مرجع جرم بوزون در چهار انرژی آشکارساز opal و محاسبه فاکتور مقیاس باز بهنجارش بهینه برای انرژی gev91 انجام گرفته است.در ادامه مقدار میانگین ثابت پیوندی قوی در مقیاس مرجع جرم بوزون اندازه گیری می شود

چکیده پیشرفت نسخه های جدید نرم افزار geant4 در شبیه سازی آشکارسازها، بررسی ترابرد ذرات و فرایندهای ذرات بنیادی به موازات جریان اعتبار سنجی مدل های فیزیکی آن در برابر داده های تجربی صورت می گیرد. هدف این پایان نامه بررسی اعتبار کلاسg4photonuclearprocess همراه با مدل الکترومغناطیسی استاندارد emstandardoption3 موجود در geant4 می باشد. در چیدمان تجربی پرتوی فوتونی حاصل از بتاترون با انرژی mev23 با هر یک از سه تارگت از عناصر واسطه کبالت، نیکل و مس برخورد می-کند. در راستای دستیابی به این هدف مختصری با سازوکار شتابدهنده و آشکارساز موجود در چیدمان آزمایش آشنا می شویم، سپس به بخش هایی از geant4 و فیزیک برهمکنش های فتوهسته ای در geant4 و در نهایت به شبیه سازی آزمایش می پردازیم. با مقایسه ی داده های شبیه سازی و داده های تجربی از طریق آزمون کای اسکوار و مقادیر p-value، نسبت به اعتبار geant4 در این شرایط خاص ذکر شده اطمینان حاصل است.

در انرژی های مختلف، طعم های متفاوت کوارک با یکدیگر مقایسه می شوند، مشاهده می کنیم که توزیع تراست طعم b، پهن شدگی بیشتری نسبت به سایرطعم ها از خود نشان می-دهد. این بدان دلیل است که با توجه به سنگین تر بودن کوارک b نسبت به بقیه ی طعم ها، امکان واپاشی آن به هادرون های کم انرژی زیاد است. درنتیجه ، این واپاشی و تولید ذرات کم انرژی باعث می شود که نمودار، پهن شدگی بیشتری را از خود نشان دهد. مشاهده می شود که پهن شدگی جت به طعم کوارک وابسته است . در ادامه، فراوانی تکانه طولی و تکانه عرضی نسبت به محور جت را در انرژی-های مختلف وطعم های متفاوت مورد مطالعه قرار می دهیم. مشاهده می کنیم که توزیع نقاط، برای کوارک با طعم b رفتار متفاوتی نسبت سایرطعم ها ازخودنشان می دهد. بار دیگر این امر به دلیل سنگین تر بودن کوارک b می باشد که به نوبه ی خود امکان واپاشی به ذرات سبکتر و تولید رویداد های متقارن را بیشتر از خود نشان می دهد.

در این پایان ­نامه به توصیف برخی از خصوصیات فرآیند نابودی الکترون- پوزیترون می پردازیم.از طریق برازش نمودارهای مربوطه ، ثابت­ جفت ­شدگی را با روش ­های مدل پراکندگی، مدل تابع شکل و همچنین واریانس این مدل­ ها به­ دست می ­آوریم.این مد ل ­ها هر دو ناحیه­ اختلالی و غیراختلالی را شامل می شوند. برای این منظور از توزیع میانگین متغیرهای شکل رویداد استفاده می ­کنیم.مشاهده می ­کنیم که مقادیر به­ دست آمده از مدل ­های مختلف با یکدیگر مطابقت دارند. همچنین این نتایج سازگاری خوبی را با آزمایش­ های دیگر و پیش ­بینی ­های qcd از خود نشان می­ دهند، که تأییدی بر درستی نتایج به ­دست آمده است.

بوزونها یکی از خواص کوانتومی ذرات بنیادی فیزیک می باشند که دارای اسپین های صحیح بوده و قادرند در یک حالت کوانتومی قرار گرفته و تراکم بوز- اینشتین را بوجود آورند که لازمه این امر دمای نزدیک به صفر مطلق می باشد. رفتار آماری بوزونها توسط آمار بوز- اینشتین بیان می شود. در این تحقیق ابتدا به جزئیات رفتار فیزیکی دستگاههای بوزایده ال می پردازیم که از بر همکنش های متقابل درون مولکولی آن صرفنظر شده است و کمیات ترمودینامیکی مربوطه را محاسبه خواهیم نمود. در ادامه به تاثیرات برهمکنشی و نقش آن در تابع موج و انرژی حالت پایه خواهیم پرداخت . و فرمولبندی تئوری میدان میانگین که اساس آن معادله gross-pitaevskii است را توسعه می دهیم و حالت برهمکنشی گازها را با لحاظ نمودن نیروهای جاذبه و دافعه بین آنها در نظر می گیریم همچنین هلیوم مایع را بعنوان نمونه ای از دستگاه ذرات در حال برهمکنش با یکدیگر مورد مطالعه قرار داده و خواص ابرشارگی آنرا بررسی خواهیم نمود. در ادامه این تحقیق معادلات هیدرودینامیکی ابرشاره ها و سرعت صورت در هلیوم را بدست خواهیم آورد و نهایتا" به معرفی چندین خواص هلیوم مایع با استفاده از نتایج تجربی خواهیم پرداخت .

یکی از موضوعات مهم در فیزیک ذرات بنیادی، درک روشی است که توسط آن کوارک ها و گلوئونها در برهمکنشهای اصلی بصورت ذرات نهایی خارج می شوند این پدیده به هادرونی شدن موسوم است هم اکنون تئوری معتبر در مورد فرآیند هادرونی شدن وجود ندارد. اما پاره ای از مدلها به بررسی این پدیده پرداخته اند. در این پایان نامه، ابتدا به معرفی بعضی از مدلهای معروف در این زمینه می پردازیم. سپس یک مقایسه تجربی میان نتایج حاصل از تحلیل رویدادهای مشاهده شده در آشکارساز amy و پیشگویی مدلها انجام می دهیم. این مقایسه صحت و دقت این مدلها را در توجیه پدیده هادرونی شدن تایید می کند.

در فصل اول به ویژگیهای آزمایشهای e+e- می پردازیم. در ابتدا ضمن بیان مزایا و محدودیتهای این آزمایشها، فرایندهای محتمل گوناگونی را که می توانند در خلال هر برخورد e+e- روی دهند، به سه دسته تقسیم می کنیم. این سه دسته بر حسب فرایندهای دخیل در برهم کنش عبارتند از: برهم کنشهای الکترومغناطیسی، برهم کنشهای قوی و برهم کنشهای ضعیف . موضوع اصلی بحث ما در این رساله، بررسی برهم کنشهای قوی در آزمایشهای e+e- می باشد. فصل دوم، اختصاص به توصیف تجهیزات آزمایشگاهی دارد. دستگاه اصلی این آزمایشها، شتابدهنده tristan و آشکارساز amy می باشد که در آزمایشگاه ملی فیزیک انرژیهای بالای ژاپن واقع است . در این فصل، اجزای مختلف این آشکارساز توصیف شده است . در فصل سوم، ضمن تعریف جت ، متغیرهایی را که در آنالیز جت استفاده خواهد شد، را تعریف می کنیم. این متغیرها، اسفریسیتی و تراست می باشند. در انتهای فصل سوم، به مزایای استفاده از تراست نسبت به اسفریسیتی می پردازیم. ما در تحلیل خود از روش تراست استفاده می کنیم. در فصل چهارم به برهم کنشهای هادرونی می پردازیم و برخی از نتایج را از مراجع دیگر ارائه می نماییم تا بتوانیم با نتایجی که خود از برهم کنشهای لپتونی e+e- بدست آورده ایم، مقایسه نماییم. فصل پنجم، اختصاص به ارائه نتایج فیزیکی بدست آمده دارد. در این فصل نمودارهای مختلفی ارائه شده است . در انتهای این فصل اسپین کوارک مورد بحث قرار می گیرد. در آخرین فصل به مقایسه نتایج حاصل از برهم کنش e+e- و داده های هادرونی پرداخته و نتیجه گیری کلی را ارائه می کنیم. سرانجام به توصیف مختصر برنامه کامپیوتری که جهت بدست آوردن نمودارها و مقادیر میانگین، نوشته شده است ، می پردازیم.

یک امکان در نابودی زوج الکترون و پوزیترون ایجاد جفت کوارک و پادکوارک است ، که در حالت نهایی به صورت دو جت هادرونی ظاهر می شوند. این مکان نیز وجود دارد که یکی از کوارک ها یک گلوئون سخت تابش کند، در این صورت یک رویداد سه جتی خواهیم داشت . طبق نظریه کوانتم رنگ (qcd) پیش بینی می شود که جت های گلوئون نسبت به جت های کوارک ساختار شعاعی پهن تری داشته باشند و چند گانگی آنها نیز بیشتر باشد. در این پایان نامه یک مقایسه تجربی از محصولات جت های کوارک و جتهای گلوئون بر پایه تحلیل رویدادهای سه جتی مشاهده شده توسط آشکارساز amy در حلقه انباشت الکترون - پوزیترون در شتاب دهنده tristan در انرژی مرکز جرم 60 gev، انجام داده ایم. جداسازی جتها با استفاده از الگوریتم jade انجام شده است . نتایج تجربی حاصل پیش بینی های qcd را تایید می کنند.

پدیده بحرانی به عنوان مرز وقوع نوع گذار فاز با پیامدهای منحصر به فرد از حدود صد سال پیش فکر مردم را به خود مشغول داشته است . اگرچه اوایل این پدیده تنها بصورت ناشناخته عدم امکان تبدیل گاز بحرانی به فاز مایع بوسیله افزایش بیش از پیش فشار جلوه گر شده بود، ولی از آن پس با آشکار شدن ویژگیهای همچون پخش شدید نور مرئی هنگام عبور از شارهء بحرانی حساسیت بسیار زیاد آن به محرک خارجی بر ابهامات قبلی در مورد منشا چنین رفتارهایی افزود. پس از شناخته شدن وضعیت بحرانی به عنوان یک گذار فاز نوع دوم، آقای آیزینگ در سال 1925 میلادی مدلی را برای مطالعه این پدیده، براساس گذار فاز فرومغناطیس - پارامغناطیس معرفی نمود. از آنجا که بدست آوردن توابعی تحلیلی، که معرف ویژگیهای ترمودینامیکی مدل آیزینگ باشند (مثل انرژی داخلی و گرمای ویژه) از یک طرف به درک منشا پدیده های بحرانی کمک شایانی می کرد و از طرف دیگر روشی ریاضی را برای منظور کردن برهمکنشهای داخلی دستگاه در یک نظریه معرفی می نمود، افراد زیادی وقت خود را صرف حل این مدل نمودند. با توجه به اینکه در مدلهایی با ابعاد فضایی بیشتر محاسبات خیلی پیچیده تر می شود، اگرچه مدل یک بعدی را خود آیزینگ در همان سال 1925 حل کرده بود اما حدود بیست سال طول کشید تا مدل دو بعدی آن توسط انشاگر حل شد. متاسفانه هنوز روشی برای حل تحلیلی مدل سه بعدی ارائه نشده است . این پایان نامه به منظور ایجاد بستری مناسب جهت مطالعه پدیده های بحرانی مطابق با الگوی زیر تعریف شده است : هدف : مطالعه پدیده های بحرانی - وسیله: مدل آیزینگ - روش : در اصل، روش انشاگر و در فرع، تقریب گروه بازبهنجارش و شبیه سازی کامپیوتری - مقصد: محاسبه نماهای بحرانی. در مباحق اولیه این پایان نامه سعی شده است توصیف نسبتا کاملی در زمینه رخداد گذار فاز و انواع آن، همچنین تعریف مدل آیزینگ و اهمیت مطالعه آن ارائه شود. در ادامه ضمن بررسی اصولی که محاسبات روش کافمن (ساده شده روش انشاگر) بر آنها استوار است ، فرم تحلیلی تابع تفکیک مدل آیزینگ دو بعدی محاسبه می شود. با بدست آمدن فرم تحلیلی تابع تفکیک امکان پیش بینی خواص ترمودینامیکی فراهم آمده که در یک فصل بطور مجزا مورد غور و بررسی قرار می گیرند. بعد از مرور محاسبات کافمن روش تقریبی شبیه سازی کامپیوتری به عنوان یک کار تجربی مطرح می شود. در اینجا ضمن ارائه بینش اجمالی در زمینه روش مونتی کارلو - متروپولیس و نواقص آن به انجام یک آزمایش نمونه پرداخته شده، که نتایج حاصل از آن برای انرژی داخلی، گرمای ویژه، مغناطیس خودی و پذیرفتاری مدل آیزینگ دو بعدی به ضمیمه برنامه کامپیوتری مورد استفاده به زبان فرترن ارائه شده است . در قسمت نهایی این پایان نامه، روش تقریبی گروه بازبهنجارش به همراه فرضیه های مقیاس بندی و رفتار فراکتالی دستگاه بحرانی مورد بررسی علی اما اجمالی قرار می گیرد.

در این پایان نامه خواص هلیوم مایع را بررسی می کنیم. هلیوم مایع را به صورت گاز در نظر می گیریم و با استفاده از آمار مکانیک کوآنتومی یا به عبارتی مکانیک آماری خواص ترمودینامیکی و همچنین کمیات ترمودینامیکی از قبیل دما، فشار، ظرفیت گرمایی و آنتروپی را بدست می آوریم. پس از آن با استفاده آمار بوزاینشتین مدلهای روتونی و فونونی را پیشنهاد می کنیم. این مدلها سبب می شوند تا بتوان خواص ویژه هلیوم مایع ii که ترکیبی از مایع معمولی و ابرشاره است ، را مورد مطالعه قرار داد. در دستگاه بوز کامل از بر هم کنش بین ذرات چشم پوشی می شود اما در واقع باید نیروی واندروالس بین ذرات را در نظر گرفت زیرا نیروی واندروالس بین ذرات دستگاه بوز را تغییر میدهد و در واقع برای تصحیح گاز کامل این نیرو دخیل است . بهمین منظور در فصل سوم با استفاده از روش شبه پتانسیل کمیات ترمودینامیکی دستگاه بوز حقیقی را بدست می آوریم. این کمیات را با کمیات بدست آمده از طریق مدل مکانیک آماری مقایسه میکنیم. هر موجی از نوع f, d, p, s و ... شبه پتانسیل مربوط به خود را داراست . در این فصل حضور تاثیرات شبه پتانسیل مربوط به موج p را در این تصحیحات وارد می کنیم یعنی ابتداد شبه پتانسیل مربوط به موج p را بصورت اختلال در نظر میگیریم و تصحیح انرژی این دستگاه را بدست می آوریم. با در نظر گرفتن این تصحیحات کمیات ترمودینامیکی دستگاه بوز حقیقی را بدست می آوریم مشاهده می شود که در دمای صفر مطلق فشار دستگاه بوز حقیقی بر خلاف گاز بوز ایده آل مخالف صفر است که این خود دلیلی است بر اینکه چرا هلیوم تا دمای صفر مطلق به صورت مایع باقی می ماند. با توجه به آنکه انتشار امواج در هلیوم ii دارای ویژگیهای خاصی است در آخر بمطالعه این امواج می پردازیم. در هلیوم ii نه تنها امواج ایستاده حاصل از تغییرات فشار انتشار می یابند بلکه تغییرات دما سبب نوع جدیدی از امواج ایستاده میشود که در نوع خود جالب توجه است . علاوه بر انتشار صوت معمولی صورتهای دیگر صوت هم در هلیوم ii منتشر می شوند. این صوتها به صوتهای دوم، سوم و چهارم معروفند. با آزمایشهای تجربی خصوصیات هلیوم ii را می توان بررسی کرد. این بررسی در فصل چهارم آمده است : کشف خواص ابرشارگی، صفر بودن انتروپی ابرشاره، کشف صوتهای دوم، سوم و چهارم، اثر مکانوگرمایی، اثر گرما مکانیکی یا فواره ای، نظریه دو شاره ای هلیوم ii، چگونگی هدایت گرمایی در هلیوم ii. در ادامه فصل چهارم با استفاده از ساختار اتمی هلیوم مایع شکل ریاضی چگالی هلیوم مایع را با برازش نمودن بدست می آوریم و سرانجام انرژی پتانسیل دستگاه را با استفاده از روش مونت کارلو حساب می کنیم.