بررسی اثرات زمینه بر بوزون‌های بنیادی

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this Thesis we investigate the background effects on elementary bosons Higgs and photon . Considering the NonCommutative space-time , we calculated all the Feynman rules of Higgs and Yukawa actions . By replacing all the ordinary products with Moyal-Weyl and expanding the fields in order to NonCommutative parameter which has dimension of inverse squared energy , the NC effects could be considered as a background field in interactions . Regarding NC perturbations up to the first order of , we show besides corrections of Standard Model Feynman rules , there are 17 new vertices from Higgs action and 11 new vertices from Yukawa actions which will be introduced . Using these Feynman rules , we study some Higgs production and decay channels . We study the effects of interactions in NC space-time on photon polarization as well . Since in standard cosmology , circular polarization couldn't be generated by Compton scattering of cosmic microwave background in recombination epoch , it could be referred to the interactions in background fields or the interactions except Compton scattering . We will show circular polarization of CMB could be generated by studying Compton scattering in NC background . On the other side astronomers believe B-mode polarization of CMB is originated from tensor perturbation of metric which is related to primordial gravitational waves , but background fields or some interactions may generate B-mode polarization in presence of scalar perturbations of metric . In this thesis we calculate the B-mode power spectrum of CMB due to Compton scattering in NC space-time and we will see this interaction will produce B-mode polarization in presence of scalar perturbation of metric which is related to circular polarization and NC energy scale . At the end using the observational fact that the value of the linearly polarized power spectrum of CMB is in order of Micro-Kelvin square and the energy of CMB photons at present time which is about , circularly polarized power spectrum , in NC scale energy of 10 TeV and 1 TeV is in order of Micro-Kelvin square and respectively which is measurable in the lab . We will study the polarization of some kind of high energy photons which are called GRB effects of CMB interaction . The linear polarization of photons can be changed to the circular polarization under the Faraday conversion . In this thesis we will show photon-photon interactions considering Euler-Heisenberg effective lagrangian lead to the generation of circular polarization . At last we will estimate Faraday conversion phase for GRB-CMB scattering , Compton scattering in NonCommutative space-time and in magnetic field background , the scattering of GRB photons and eutrinos .

در این رساله به بررسی اثرات زمینه بر بوزون‌های بنیادی هیگز و فوتون می‌پردازیم. با درنظر گرفتن فضا-زمان ناجابه‌جایی، قوانین فاینمن مربوط به برهم‌کنش بوزون‌های بنیادی و فرمیون‌ها را بدست می‌آوریم. با جایگزین کردن تمامی ضرب‌ها در کنش مدل استاندارد با ضرب مویال-وایل و همچنین بسط میدان‌ها بر حسب پارامتر ناجابه‌جایی که بعد عکس مجذور انرژی دارد، می‌توان اثرات فضای ناجابه‌جایی را به صورت اثرات یک میدان پس زمینه در برهم‌کنش‌ها در نظر گرفت. با در نظر گرفتن اختلالات ناجابه‌جایی تا مرتبه خطی پارامتر ناجابه‌جایی، نشان می‌دهیم علاوه بر تصحیح راس‌های برهم‌کنشی موجود در مدل استاندارد، 17راس برهم‌کنشی جدید از کنش هیگز و 11 راس جدید از کنش یوکاوا بدست می‌آیند که معرفی خواهیم کرد. با استفاده از قوانین فاینمن بدست آمده، تعدادی از کانال‌های تولید و واپاشی ذره هیگز را بررسی خواهیم کرد. با انجام محاسبات تا مرتبه ، نتایج با توان چهارم مقیاس انرژی ناجابه‌جایی رابطه‌ی عکس خواهند داشت، لذا با مقیاس انرژی‌ای مانند جرم هیگز و یا انرژی برخورددهنده بستگی مستقیم دارند. بدین‌ترتیب با در نظر گرفتن محدوده جرمی بالای هیگز و یا با افزایش انرژی برخورددهنده‌ها، اثرات ناجابه‌جایی بیشتر مشاهده می‌شوند. اثرات برهم‌کنش در فضا-زمان ناجابه‌جایی بر روی قطبش فوتون‌ها را نیز مورد بررسی قرار خواهیم داد. از آنجایی‌که در مدل استاندارد کیهان‌شناسی، پراکندگی کامپتون فوتون‌های زمینه کیهانی در زمان بازترکیب، هیچ‌گونه قطبش دایروی تولید نمی‌کنند، قطبش دایروی فوتون‌ها ممکن است ناشی از برهم‌کنش در حضور میدان‌های زمینه و یا برهم‌کنش‌های دیگری غیر از پراکندگی کامپتون باشد. با بررسی قطبش فوتون‌های ‌زمینه کیهانی CMB در پس‌زمینه ناجابه‌جایی، نشان می‌دهیم پراکندگی کامپتون در فضا-زمان ناجابه‌جایی منجر به تولید قطبش دایروی فوتون‌های زمینه کیهانی می‌شوند. از سوی دیگر، کیهان‌شناسان معتقدند قطبش نوع B فوتون‌های زمینه کیهانی ناشی از اختلالات تانسوری موجود در طبیعت است که منشا آن ممکن است امواج گرانشی دوران تورم کیهان باشد، اما ممکن است میدان‌های زمینه و یا انواع برهم‌کنش‌ها در حضور اختلالات اسکالر متریک نیز موجب تولید قطبش نوع B شوند. در این رساله، طیف توانی قطبش مد B وابسته به پراکندگی کامپتون در فضای ناجابه‌جایی را محاسبه کرده و خواهیم دید این برهم‌کنش در حضور اختلالات اسکالر متریک نیز قطبش مد B تولید خواهد کرد که به قطبش دایروی و مقیاس انرژی ناجابه‌جایی بستگی دارد. در نهایت با استفاده از مقدار طیف توانی قطبش خطی فوتون‌های زمینه کیهانی که از مرتبه مجذور میکروکلوین است، در مقیاس ناجابه‌جایی از مرتبه‌ی TeV10 ، مقدار طیف توانی قطبش دایروی و در مقیاس انرژی TeV نیزبدست آمد که قابل اندازه‌گیری در آزمایشگاه است. همچنین به بررسی اثرات برهم‌کنش تابش زمینه کیهانی بر قطبش نوعی فوتون‌های با انرژی بالا، به نام فوتون‌های GRB خواهیم پرداخت. فوتون‌های GRB پرتوهای هستند که از فروپاشی ستاره‌های سنگین و یا درهم‌آمیختگی سیستم‌های دوتایی مانند ستاره‌های نوترونی یا ستاره نوترونی و سیاه‌چاله تابش می‌شوند و با تابشی طولانی‌مدت از تمامی طول موج‌های الکترومغناطیسی همراه هستند. قطبش خطی فوتون‌ها توسط تبدیل فارادی به قطبش دایروی تبدیل می‌شوند. در این رساله، نشان خواهیم داد برهم‌کنش فوتون-فوتون با در نظر گرفتن لاگرانژی موثر اویلر-هایزنبرگ منجر به تولید قطبش دایروی فوتون‌ها می‌شود. در نهایت فاز تبدیل فارادی با در نظر گرفتن پراکندگی فوتون‌های GRB از تابش زمینه کیهانی، پراکندگی کامپتون در حضور میدان زمینه ناجابه‌جایی، پراکندگی فوتون‌های GRB از نوترینوهای زمینه کیهانی ( ) و همچنین پراکندگی کامپتون در میدان مغناطیسی زمینه را تخمین خواهیم زد.