Identificando partículas

Para analisar as colisões protão-protão mostradas no programa, você tem de saber como identificar electrões (e positrões), muões (e anti-muões), neutrinos ou anti-neutrinos, hadrões e jactos no visualizador de acontecimentos. Irá ser elucidado neste tópico através de uma galeria de imagens.



  • Esta é a assinatura gerada por um electrão. A partícula deixou um traço (linha cheia a vermelho) no detector de traços - portanto tem carga eléctrica - e deixou a sua energia no calorímetro electromagnético, dado que é o único onde pode encontrar depósitos de energia. Isto pode ser visto pelas pequenas caixas amarelas dentro das estruturas verde-claro que representam o calorímetro electromagnético. Como não há pontos medidos nas câmaras de muões nem no calorímetro hadrónico é um electrão ou um positrão.
  • O mesmo acontecimento na vista transversal. O traço através dos três detectores de traços do detector interno e as caixinhas amarelas dos depósitos de energia no calorímetro electromagnético podem ser facilmente reconhecidos.
  • Na vista longitudinal podemos reconhecer as mesmas propriedades. Se combinar ambas as vistas longitudinal e transversal irá obter uma impressão espacial do acontecimento. É um excelente treino mental.
  • Como é que pode decidir se é um electrão ou um positrão? Na barra de ferramentas de MINERVA irá encontrar uma mão com um indicador para apontar (moldura vermelha). Escolhendo esta opção, poderá clicar no traço de um partícula na janela do acontecimento. Irá obter informação na janela inferior direita. Esta janela contém informação, por exemplo, sobre os valores medidos das componentes do momento linear (Px, Py, Pz) e sobre o momento linear transverso (PT). Na imagem seguinte verá a informação desta janela.
  • Esta é a informação mostrada para o traço seleccionado. As primeiras três variáveis são o momento linear transverso (pT), a pseudo-rapidez η e o ângulo azimutal φ. As duas variáveis seguintes dão-nos informação sobre a direcção de vôo da partícula. O tripleto de variáveis seguinte (Px, Py, Pz) representam a mesma informação em coordenadas cartesianas. A seguir está a carga elétrica da partícula associada ao traço selecionado (neste exemplo a carga elétrica é “-1”: “Charge = -1”). “-1” quer dizer que o valor e sinal da carga elétrica são iguais aos do eletrão (carga elétrica negativa). “1” significa carga elétrica positiva (valor e sinal iguais aos do protão). Neste exemplo podemos identificar a partícula como sendo um eletrão (se tivesse carga positiva seria um anti-eletrão ou positrão). O último pedaço de informação diz respeito ao isolamento. É uma medida de quão isolado do resto do acontecimento está o traço seleccionado. Um valor de 0 significa que não existem traços na vizinhança do traço seleccionado e que está muito bem isolado. Valores típicos para traços bem isolados variam de 0 a 0,3.


  • Nesta imagem vemos um traço (cor de laranja) no detector interno, pequeninos depósitos de energia no calorímetro electromagnético e no calorímetro hadrónico (ambos associados às caixinhas amarelas dentro das estruturas verde-claro e vermelhas), e pequenos traços (côr-de-laranja) nas câmaras de muões. É um muão (ou anti-muão), porque é a única partícula carregada que atravessa todo o detector e deixa registo em todas as camadas.
  • Nesta vista aumentada pode ver claramente os sinais (côr-de-laranja) nas câmaras de muões.
  • Nesta vista longitudinal, os sinais individuais nas câmaras de muões são representadas como cruzes cor de laranja. Todas as cruzes dentro de uma câmara são ligadas por uma linha côr-de-laranja, que representa o traço deixado pelo muão nesta câmara. Ligando mentalmente todos os traços côr-de-laranja poderá ver o percurso do muão através da camada exterior do detetor ATLAS.
  • Muão ou anti-muão? Obtém-se a resposta pelo método já descrito para a separação eletrão/positrão: nesta imagem do acontecimento é mostrado um muão (“Charge: -1”).


  • Como é que podemos reconhecer um neutrino (ou anti-neutrino)? Os neutrinos e anti-neutrinos não interagem com nenhuma componente do Detector ATLAS. Nem com os detectors de traços, nem com os calorímetros, nem com as câmaras de muões. Como é que então podemos reconhecer algo que não podemos "ver"? Como todos os quarks e gluões, constituintes dos protões, se movem num tubo de feixe antes da colisão protão-protão, as suas componentes de momento linear perpendiculares ao tubo de feixe (momento linear transverso, pT) são desprezáveis. A sua soma vectorial tem módulo próximo de zero. Como o momento linear total se conserva, a soma vectorial dos momentos lineares transversos, após a colisão, também tem de ter módulo zero. Se a medida contradiz esta propriedade. assume-se que partículas com elevado momento linear transverso deixam ATLAS sem serem detectadas (por exemplo, um ou mais neutrinos que tenham (na soma vectorial) exactamente este momento transverso em falta).
  • No Detector ATLAS, o momento transverso em falta é determinado pela energia depositada nos calorímetros. Quando o momento transverso total é diferente de zero, o que é chamado de energia transversa em falta (MET - "Missing Energy Transverse"), isto sugere que um neutrino foi produzido na colisão. Há dois modos em que isto é mostrado em MINERVA: 1. pelo valor de MET no écran superior direito no "lego plot", e 2. pela linha vermelha a tracejado na vista transversal. Esta linha marca a direcção da energia em falta, e a sua espessura dá uma medida do valor da energia transversa em falta.
  • Neste acontecimento, foram produzidos quase exclusivamente um electrão e um anti-neutrino. Como estas duas partículas são as únicas produzidas, a energia transversa total é praticamente dividida ao meio entre estas duas partículas, devido à conservação do momento linear. Esta é a razão pela qual o anti-neutrino, com a sua fracção significativa de energia escapa-se praticamente na direcção e sentido oposta à do electrão. A energia transversa em falta correspondente é representada nesta direcção e sentido como uma linha tracejada a vermelho e grossa se o valor em falta for elevado, indicativa da produção de uma ou mais partículas invisíveis, como por exemplo os neutrinos e anti-neutrinos. Uma linha tracejada a vermelho e fininha, associada a valores baixos do momento transverso em falta, 10-20 GeV, pode ser devida a incertezas na medida pelo detector do momento linear das partículas.


  • Neste acontecimento são mostrados jactos de partículas. Cada jacto corresponde a um conjunto de partículas. As partículas carregadas electricamente carregadas deixam traços no detector interno, enquanto as partículas neutras só deixam sinal nos calorímetros (excepto os neutrinos e anti-neutrinos). Se extrapolarmos os traços até aos calorímetros iremos encontrar vários depósitos de energia nos calorímetros. Outros depósitos de energia nos calorímetros podem não ser associados a traços, porque foram provocados por partículas electricamente neutras. O calorímetro hadrónico em particular tem bastantes depósitos de energia. Isto porque cada jacto de partículas é o resultado da ejecção de um gluão, quark, ou anti-quark energéticos, resultantes da colisão dos protões. Grande parte da energia destes quarks ou gluões é convertida em novos pares quark-anti-quark ou gluões que se materializam em novos pares quark-anti-quark, todos aproximadamente na mesma direcção e sentido dos quarks ou gluão originais, e que se ligam para formar novas partículas, que se designam por hadrões (hadrão é o nome que se dá às partículas constituídas por quarks e gluões, que sofrem interacção forte). Estes novos conjuntos de partículas constituem os chamados jactos de partículas que se mostram na imagem, e que têm um fundo cinzento nesta imagem, para serem mais facilmente reconhecidos.
  • Lembre-se: partículas que se agrupam, provocam traços no detector interno e têm vários depósitos de energia no calorímetro electromagnético e especialmente no calorímetro hadrónico, podem ser associadas à produção de quarks, anti-quarks, e/ou gluões, e os grupos de partículas são chamados de jactos.