IDENTIFIKÁCIA ČASTÍC

Aby ste mohli analyzovať protón-protónové zrážky zobrazené programom, musíte vedieť, ako identifikovať elektróny (takisto pozitróny), mióny (a antimióny), neutrína a hadrónové častice a ”jety” z obrázku eventu. Obrázková galéria vám ukáže, ako identifikácia častíc funguje.



  • Tento signál vygeneroval elektrón. Častica zanechala dráhu (červená) vo vnútornom detektore (a preto má elektrický náboj) a všetku svoju energiu stratila v elektromagnetickom kalorimetri. Toto môžeme vidieť z malých žltých stĺpcov vo vnútri svetlozelených štruktúr, ktoré predstavujú elektromagnetický kalorimeter. Pretože v hadrónovom kalorimetri ani v miónovej komore nie je signál, ide o elektrón alebo pozitrón.
  • Ten istý event pri pohľade spredu. Ľahko môžete rozpoznať dráhu cez všetky tri vnútorné detektory a malé žlté stĺpce znázorňujúce energiu uvoľnenú v elektromagnetickom kalorimetri.
  • Bočný pohľad ukazuje to isté. Ak skombinujete pohľad spredu s bočným pohľadom, dostanete priestorovú predstavu o evente. Je to vynikajúci tréning pre vašu myseľ.
  • Ako môžete zistiť, či ide o elektrón alebo o pozitrón? V paneli nástrojov v MINERVE nájdete symbol ruky s ukazovákom (v červenom ráme). Po kliknutí na tento symbol si môžete kliknutím vybrať dráhu častice z obrázku eventu. Potom uvidíte informácie v nižšom okne vpravo. Tieto informácie napr. obsahujú namerané zložky hybnosti (Px, Py, Pz) a priečnu hybnosť (PT). Na ďalšom obrázku uvidíte tieto informácie.
  • Toto je informačné okno pre zvolenú dráhu. Prvé tri veličiny zobrazujú hodnotu priečnej hybnosti (pT), pseudo-rapiditu &eta a azimutálny uhol φ. Ďalšie dva riadky nesú informácie o smere letu častice. Nasledovná trojica veličín (Px, Py, Pz) nesie rovnakú informáciu, avšak v karteziánskej sústave. Ďalší riadok obsahuje informáciu o elektrickom náboji častice, ktorej patrí zvolená dráha. (Náboj: tu -1). “-1” znamená, že častica je elektricky záporne nabitá. “1” znamená opak: kladne elektricky nabitá. Našu zvolenú časticu môžeme identifikovať ako elektrón. Posledná informácia je hodnota izolácie. Meria, ako dobre je zvolená dráha izolovaná od ostatných dráh evetu. Hodnota 0 znamená, že žiadne iné stopy nie sú v jej blízkosti a teda je veľmi dobre izolovaná. Pre dobre izolované dráhy sa hodnota izolácie pohybuje v rozpätí od 0 do 0,3.


  • Na tomto obrázku vidíme dráhu (oranžová) vo vnútornom detektore, malé energie uložené v elektromagnetickom a hadrónovom kalorimetri (znázornené malými žltými stĺpčekmi vo vnútri svetlozelených a červených štruktúr) a malé dráhy (oranžová) v miónových komorách. Ide o mión (alebo antimión), jediná častica, ktorá prechádza celým detektorom a zanecháva signál vo všetkých vrstvách.
  • V tomto zväčšenom pohľade môžete vidieť oranžové dráhy v miónových komorách úplne zreteľne.
  • V bočnom pohľade sú jednotlivé elementy v miónových komorách reprezentované oranžovými krížikmi. Všetky tieto krížiky vnútri jednej komory sú spojené oranžovou čiarou, ktorá symbolizuje dráhu miónu v tejto komore. Ak si v mysli prepojíte všetky oranžové čiary, dostanete dráhu miónu cez vonkajšiu vrstvu ATLAS detektora.
  • Mión alebo anti-mión? Tá istá procedúra, ktorú sme opísali v sekcii o elektróne/pozitróne nám dá výsledok: V tomto zobrazení eventov je zakreslený mión (náboj: -1).


  • Ako rozpoznáme neutríno? Neutrína neinteragujú so žiadnou časťou detektora ATLAS, t.j. ani s dráhovým detektorom, ani s kalorimetrami, ani s miónovými komorami. Ako potom môžeme detekovať niečo, čo nedokážeme nijako vidieť? Pretože všetky kvarky a gluóny v protóne sa pred protón-protónovou zrážkou pohybujú pozdĺž osi zväzku, priemety ich rýchlostí do smeru kolmého na os zväzku sú nulové a preto je nulová aj tzv. celková priečna hybnosť. Vďaka zákonu zachovania hybnosti je celková priečna hybnosť (vektorový súčet priečnych hybností všetkých častíc) nulová aj po zrážke. Ak to merania nepotvrdzujú, predpokladáme, že častice s priečnou hybnosťou unikli z detektora nedetekované (napr. jedno alebo viac neutrín, ktoré majú (v súčte) presne chýbajúcu priečnu hybnosť).
  • V ATLAS detektore sa chýbajúca priečna hybnosť určuje pomocou energie uloženej v kalorimetroch. Keď je nerovnováha v tomto rozdelení energie, ktorá sa nazýva chýbajúca priečna hybnosť (chýbajúca ET), znamená to, že v zrážke bolo vyprodukované neutríno. V MINERVE je to ukázané dvoma spôsobmi: Hodnota chýbajúcej priečnej hybnosti je znázornená v lego-grafe (v pravo hore, hľadajte Missing (chýbajúcu) ET) a v pohľade spredu sa zobrazí červená čiarkovaná čiara. Táto čiara znázorňuje smer energetickej nerovnováhy. Jej hrúbka je mierou veľkosti chýbajúcej priečnej energie.
  • V tomto evente bol vyprodukovaný elektrón s neutrínom takmer exkluzívne. Pretože sú to prakticky jediné častice, ktoré boli vyprodukované, celková priečna hybnosť je vďaka zachovaniu hybnosti rozdelená medzi tieto dve častice. Preto neutríno so svojou časťou priečnej hybnosti odlieta od elektrónu takmer presne opačným smerom. Zodpovedajúca priečna hybnosť môže byť zistená z lego-grafu alebo kliknutím na červenú čiarkovanú čiaru. Hrubosť čiarkovanej červenej čiary signalizuje existenciu jednej alebo viacerých neviditeľných častíc, napr. neutrín. Menšie chýbajúce priečne hybnosti, približne 10-20 GeV (tenká červená čiarkovaná čiara), môžu mať svoj pôvod v chybe merania detektora.


  • Na tomto obrázku sú tzv. jety. Každý jet pozostáva zo spŕšky niekoľkých častíc. Elektricky nabité častice zanechávajú dráhy vo vnútornom detektore, zatiaľ čo neutrálne nie. Ak extrapolujete dráhy, nájdete k nim veľa zodpovedajúcich signálov v kalorimetroch. Ďalšie signály v ich blízkosti nemajú zodpovedajúce dráhy, pretože pochádzajú od neutrálnych častíc. Najmä v hadrónovom kalorimetri máme veľa signálov. Toto môže byť vysvetlené spôsobom vytvorenia jetu. Každý jet pochádza od gluónu, kvarku alebo antikvarku, ktorý je emitovaný z protónu pri zrážke. V hre sú veľké množstvá energie, ktoré musia prekonať veľké väzbové sily držiace gluóny a (anti-)kvarky pokope v protóne. Časť tejto energie je použitá na vytvorenie nových kvark-antikvarkových párov, ktoré sa pohybujú v takmer rovnakom smere a viažu sa spolu do nových častíc, ktoré nazývame hadróny. Hadróny tak vytvárajú spŕšky – jety, ktoré majú na tomto obrázku sivé pozadie, aby ich bolo možné ľahšie rozpoznať.
  • Pamätajte: častice, ktoré sa vejárovito rozbiehajú, zanechávajú dráhy vo vnútornom detektore a energiu v elektromagnetickom, ale najmä v hadrónovom kalorimetri, sa nazývajú jety a ich pôvodcami sú kvarky, antikvarky alebo gluóny.