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Caminho do W

Bosão W

As partículas mediadoras responsáveis pela interacção fraca são os três bosões W⁺, W^- e Z⁰. Os bosões W são produzidos de forma diferente nas colisões protão-protão em LHC. O seguinte conjunto de imagens introduz os processos em que podem ser produzidos bosões W. São utilizados diagramas de Feynman para melhor ilustração. Pode aprender mais sobre os diagramas de Feynman aqui.

Produção de bosões W

Este diagrama de Feynman descreve o processo em que são produzidos a maior parte dos bosões W⁺, chamado interacção quark-gluão. Neste processo é também criado um quark down que provoca um jacto de partículas. Se o jacto de partículas consegue ser visto ou não depende da direcção de vôo do quark down. É frequente o caso em que não se pode detectar o jacto de partículas resultante do quark porque a direcção de vôo do quark é próximo da do tubo de feixe. Na maior parte destes casos não se vêem jactos de partículas ou vê-se apenas um jacto de partículas. Gluões energéticos podem ser radiados pelos quarks iniciais, indo provocar jactos adicionais.
Este diagrama mostra o processo dominante - interacção quark-gluão - na criação de bosões W^-. Pelo menos um jacto de partículas é criado a partir do quark up.

Mas bosões W⁺ podem também ser radiados por quarks. Isso é mostrado aqui: um quark up transforma-se num quark down emitindo um bosão W⁺.
E o mesmo é válido para anti-quarks. Aqui um quark anti-up converte-se num quark anti-down.

Decaimento de bosões W.

O bosão W é pesado (80,4 GeV/c²) e decai imediatamente após a sua produção. Em dois terços dos decaimentos é produzido um par quark-anti-quark, que aparecem como jactos de partículas no detector. Em um terço dos decaimentos são produzidos um leptão ou anti-leptão carregados e um anti-neutrino ou neutrino. Nestes casos são igualmente prováveis quaisquer dos três leptões carregados: electrão, muão, tau no caso do W^-, positrão, anti-muão, anti-tau no caso do W⁺. O tau (ou anti-tau) tem uma vida pequena e não chega ao detector, decaindo dentro do tubo de feixe. Nestas análises só se olha para os decaimentos de bosões W em electrões (ou positrões) ou muões (ou anti-muões) e anti-neutrinos (ou neutrinos). Assim consideram-se os seguintes diagramas de Feynman:

O decaimento do bosão W⁺ num positrão e num neutrino do tipo electrão.
Aqui mostra-se o decaimento do bosão W^- num electrão e num anti-neutrino do tipo electrão.
O bosão W⁺ também pode decair num anti-muão e num neutrino do muão.
Para o bosão W^- também existe o decaimento em muão e anti-neutrino do muão.

Acontecimentos com a assinatura no detector como ilustrado pelos últimos quatro diagramas são considerados como acontecimentos de sinal nas nossas amostras de dados. São uma indicação clara que o bosão W existiu durante um tempo muitíssimo curto. Todos os outros acontecimentos são classificados como acontecimentos de fundo. Vamos olhar para possíveis acontecimentos de fundo nesta última galeria de imagens:

Acontecimentos de fundo

Quando protões colidem produzem-se não só bosões W mas também podem ser criados bosões Z (ou Z⁰), por exemplo. Estes bosões também decaiem imediatamente após a sua produção:

O bosão Z (ou Z⁰) produzido numa colisão protão-protão pode, também, decair num par electrão-positrão ou...
...num par muão-anti-muão.

Iremos agora ver como podemos classificar estes acontecimentos com a aplicação MINERVA.