Z stien
- Introduktion af Z bosonen
- Introduktion af Higgs bosonen
- Identifikation af partikler
- ATLAS detektoren
- Spil!
- Visualisering med HYPATIA
- Visualisering af partiklers fodspor
- Øvelser!
- Identifikation af begivenheder
- Søg og opdag med masse
- Begynd arbejdet!
Vidensbank
Identifikation af partikler
For at analysere proton-proton kollisionerne, som HYPATIA viser, er det nødvendigt at vide hvordan man identificerer partikler og skelner mellem forskellige typer partikler i detektoren. I dette afsnit lærer du hvordan man identificerer elektroner (og positroner), myoner (og antimyoner), fotoner, neutrinoer og andre mere komplicerede partikler - hadroner ligesom protonen - som ofte produceres i form af ”jets”.
Klik på ikonerne for at lære om identifikation af elektroner, myoner, fotoner, neutrinoer og jets.
-
Dette er signaturen af en elektron. Partiklen har efterladt et spor (rødt) i den indre detektor (derfor har den elektrisk ladning) og har afsat al sin energi i det elektromagnetiske kalorimeter, da det kun er der man kan finde energiafsætninger. Det kan ses af de små gule bokse inde i den lysegrønne struktur, som repræsenterer det elektromagnetiske kalorimeter. Da der hverken er signaler i det hadroniske kalorimeter eller i myon kammeret er det en elektron eller en positron.
-
Den samme begivenhed i end view. Sporet gennem alle tre indre detektorer og de små gule bokse af energiafsætninger i det elektromagnetiske kalorimeter kan let genkendes.
-
Side view viser det samme. Hvis man kombinerer side og end view får man et rumligt indtryk af begivenheden. Det er en god øvelse for hjernen.
-
Hvordan kan man afgøre om det er en elektron eller en positron? I HYPATIA's værktøjslinie findes en hånd med en finger. Ved at klikke på den kan man vælge et partikelspor i event display (igen ved at klikke på det). Man kan så se information i vinduet nederst til højre. Informationen indeholder for eksempel de målte værdier af impulskomposanterne (Px, Py, Pz) og den transversale impuls (PT). På det følgende billede ser man informationen i dette vindue.
-
Fortegnet af PT-værdien (her et minus) viser fortegnet af den elektriske ladning for partiklen der efterlod sporet. Et negativt fortegn betyder at partiklen er negativt ladet. Intet fortegn (eller et positivt fortegn) betyder at partiklen er positivt ladet. Nu kan vi se, at det er en elektron i vore begivenhed.
-
I dette event display ser man et spor (orange) i den indre detektor, små energiafsætninger både i det elektromagnetiske kalorimeter og i det hadroniske kalorimeter (begge dele vist ved små gule bokse inde i de lysegrønne og de røde strukturer), og signaler i myonkamrene (orange). Det er en myon (eller en anti-myon), som der den eneste partikel der kan gå gennem hele detektoren og derved efterlade signaler i alle detektorlag.
-
I dette forstørrede billede ser man de orange signaler i myonkamrene meget tydeligt.
-
I side view er de enkelte signaler i myonkamrene vist som orange kryds. Alle krydsene er forbundet med en stiplet linje, som symboliserer partiklens spor.
-
Myon eller antimyon? Samme fremgangsmåde som beskrevet med elektronen/positronen giver svaret: I dette event display er det en myon (negativt fortegn).
-
I denne event er der en masse spor (blå linjer) i den indre detektor. Der er afsat noget energi i det elektromagnetiske kalorimeter, vist ved de gule bokse i de lysegrønne strukturer (det elektromagnetiske kalorimeter). Hvis du vælger "Physics Objects" fanen kan du se at der er to rekonstruerede objekter, som kan ses som to gule tårne i event-view. Det er svært at se om denne event indeholder to elektroner eller to fotoner, så der skal flere undersøgelser til.
-
Ved at kræve at pT af sporene er større end 5 GeV forsvinder de fleste spor. Det eneste tilbageværende spor peger ikke mod nogen af de gule tårne. Da der ikke er nogen høj-pT spor, er dette sandsynligvis ikke en elektron eller en positron. Der er stadig meget energi i det elektromagnetiske kalorimeter, så det må være en to-foton event.
-
Ved at zoome ind på side-view kan man se, hvordan de gule bokse i det elektromagnetiske kalorimeter danner klynger (for oven til højre og for neden midtfor). Igen er der ingen spor der peger imod klyngerne.
Ved at vælge "Physics Objects" fanen kan man se to rekonstruerede objekter. Da vi ved fra de foregående billeder, at de ikke kan være elektroner eller positroner, er de sandsynligvis fotoner. Vi kan så klikke på Objects og vælge dem som fotoner.
-
Hvordan genkender man en neutrino? Neutrinoer vekselvirker ikke med nogen dele af ATLAS detektoren. De vekselvirker hverken med spordetektoren, eller kalorimetrene, eller myonkamrene. Hvordan kan man detektere noget vi ikke kan se? Da alle kvarker og gluoner bevæger sig langs beamaksen før proton-proton kollisionen er alle deres hastighedskomposanter vinkelret på beamretningen nul. Derfor er den samlede transversale impuls også nul. På grund af impulsbevarelse må den samlede transversalimpuls (vektorsummen af alle partiklernes transversalimpulser) også være nul efter sammenstødet. Hvis målingerne ikke stemmer med dette, er det enten fordi der er produceret partikler, som detektoren ikke kan se (f.eks. en eller flere neutrinoer, som netop har den manglende transversalimpuls), eller fordi partikler med transversalimpuls har undgået at blive detekteret af ATLAS eller er målt med stor usikkerhed.
-
I ATLAS detektoren bliver den manglende transversalimpuls bestemt ud fra energiafsætningerne i kalorimetrene. Når der er en ubalance i denne energiafsætning - som kaldes manglende transversal energi (Missing ET) - så antyder det, at der blev produceret en neutrino under kollisionen. Det vises på to måder i HYPATIA: 1. Ved Missing ET værdien i det øverste højre event display (med grå ramme), og 2. Ved den røde stiplede linje i end view. Denne linje viser på den ene side tydeligt retningen af energi-ubalancen. På den anden side er tykkelsen af denne linje et mål for værdien af den manglende transversalimpuls.
-
I denne begivenhed er der produceret en elektron og en neutrino næsten alene. Da disse to partikler stort set er de eneste der er produceret, er den transversale impuls ligeligt fordelt mellem dem på grund af impulsbevarelse. Det er derfor at neutrinoen, med sin andel af den transversale impuls, flyver væk fra elektronen i næsten den modsatte retning. Den tilsvarende manglende energi er fundet ved hjælp af event displayet og plottet i retning af den manglende transversalimpuls. Det er derfor en tyk rød linje altid er signal om en eller flere usynlige partikler, dvs. neutrinoer. Mindre manglende transversalimpulser, omkring 10 - 20 GeV (tynde, stiplede røde linjer) kan også skyldes måleusikkerheder i detektoren.
-
I dette event display vises såkaldte jets. Hver jet består af flere partikler samlet i et bundt. De elektrisk ladede partikler giver spor i spordetektoren, mens de neutrale ikke gør. Hvis man ekstrapolerer sporene finder man mange signaler i kalorimetrene. Andre signaler i kalorimetrene i nærheden kan ikke knyttes til et spor, da de stammer fra elektrisk neutrale partikler. Specielt hadronkalorimetret indeholder mange signaler. Det er fordi hver jet er resultatet af en gluon, kvark eller antikvark, som blev skudt ud fra protonen under kollisionen. Det betyder at store energimængder er på spil for at overvinde de store bindingskræfter. En del af denne energi bruges til at danne nye kvark-antikvark par, som bevæger sig i næsten samme retning og som binder sig til hinanden og danner nye partikler - såkaldte hadroner. De frembringer de viste jets, som er vist på grå baggrund i dette billede for at man lettere kan genkende dem.
-
Husk: Bundter af partikler som spreder sig ud i en vifte, og som giver spor i den indre detektor og signaler i det elektromagnetiske og især i det hadroniske kalorimeter, skyldes kvarker, antikvarker og gluoner og de kaldes jets.
