Alternatíva Z
- Predstavenie Z bozónu
- Predstavenie Higgsovho bozónu
- Identifikácia častíc
- Detektor ATLAS
- Zahrajte sa!
- Zobrazovanie pomocou HYPATIE
- Zobrazenie stopy častice
- Precvičte si!
- Identifikácia prípadov
- Objavte znovu Z bozón
- Poďte do práce!
Centrum poznania
Identifikácia častíc
Na to, aby ste mohli analyzovať protón-protónové zrážky zobrazené progamom HYPATIA, potrebujete vedieť, ako identifikovať častice a rozlišovať rôzne typy častíc v detektore. V tejto časti sa naučíte, ako identifikovať elektróny (takisto aj pozitróny), mióny (a antimióny), fotóny, neutrína a ďalšie viac komplikované častice - hadróny ako je napríklad protón - ktoré sa často produkujú vo forme tzv. ”jetov”.
Kliknite na ikonky, aby ste sa naučili identifikovať elektróny, mióny, fotóny, neutrína a jety.
-
Táto stopa je vytvorená elektrónom. Častica zanechala stopu (červenú) v dráhovom detektore (a preto je elektricky nabitá) a uvoľnila svoju energiu v elektromagnetickom kalorimetri, v jedinom, kde môžete nájsť uloženú energiu. Táto je zobrazená ako malé žlté políčka vo vnútri svetlozelenej časti, ktorá predstavuje elektromagnetický kalorimeter. Keďže nevidíme žiadne stopy v hadrónovom kalorimetri ani v miónovom detektore, jedná sa o elektrón alebo pozitrón.
-
Tá istá zrážka v čelnom pohľade. Vidíme stopu cez všetky tri vnútorné detektory a žlté políčka uloženej energie v elektromagnetickom kalorimetri.
-
Bočný pohľad zobrazuje to isté. Skombinovaním bočného a čelného pohľadu získate dojem priestorového zobrazenia zrážky. Toto je vynikajúci tréning pre vašu myseľ.
-
Ako zistíte, či sa jedná o elektrón alebo pozitrón? V ovládaní programu HYPATIA nájdete ikonu ruka s vystretým ukazovákom. Pomocou tohto ovládacieho prvku môžete zvoliť dráhu častice v obraze zrážky. Po kliknutí na dráhu sa zobrazia informácie v okne napravo dole. Tieto informácie obsahujú napríklad namerané hodnoty priestorových zložiek hybnosti (Px, Py, Pz) a priečnu hybnosť (PT). V nasledujúcom obrázku sú zobrazené informácie o tomto okne.
-
Znamienko hodnoty PT (tu je mínus) ukazuje, aký náboj má elektricky nabitá častica, ktorej patrí daná dráha. Záporné znamienko znamená, že častica je záporne nabitá. Kladné znamienko alebo hodnota PT bez znamienka, znamená, že je častica kladne elektricky nabitá. Teraz môžeme vidieť, že v našej zrážke sa jedná o elektrón.
-
V zobrazení danej zrážky vidíme stopy (oranžové) v dráhovom detektore, malú hodnotu energie uloženej v elektromagnetickom ako aj v hadrónovom kalorimetri (oba prípady sú zobrazené ako žlté políčka vnútri svetlozelenej a červenej časti detektora) a v miónovej komore (oranžová). Je to mión (alebo antimión), jediná častica ktorá prejde cez celý detektor a preto necháva signál vo všetkých vrstvách detektora.
-
Na tomto zväčšenom obrázku môžete vidieť signály (oranžové) v miónovom detektore.
-
Na bočnom pohľade sú jednotlivé signály v miónovom detektore zobrazené ako oranžové krížiky. Každý z týchto oranžových krížikov je spojený bodkovanou čiarou, ktorá predstavuje dráhu častice.
-
Mión alebo antimión? Rovnakým postupom ako pri elektróne a pozitróne zistíme náboj častice. V tejto zrážke je zobrazený mión (záporné znamienko).
-
V tomto prípade je veľa dráh (modré čiary) vo vnútornom detektore. V elektromagnetickom kalorimetri je uložená istá energia, čo je ukázané prostredníctvom žltých štvorcov (kociek) vnútri svetlo-zeleného detektora (elektromagnetický kalorimeter). Ak si vyberiete kartu "Fyzikálne objekty", môžete vidieť 2 zrekonštruované objekty, ktoré sú viditeľné ako 2 žlté veže v pohľade na prípad. Je príliš náročné rozlíšiť, či tento prípad obsahuje 2 elektróny alebo 2 fotóny, je preto nutné ďalšie skúmanie.
-
Ak chceme zobraziť iba dráhy častíc, ktorých pT je > 5GeV, použijúc obmedzenie "cut", nám väčšina dráh zmizne. Jediná dráha, ktorá zostane, neukazuje na žiadnu zo žltých veží. Keďže tu nie sú žiadne dráhy častíc s vysokou pT, pravdepodobne nejde o elektrón alebo pozitrón. Stále máme veľa energie v elektromagnetickom kalorimetri, takže to musí byť dvojfotónový prípad.
-
Pri priblížení bočného pohľadu môžete vidieť zoskupovanie žltých štvorcov v elektromagnetickom kalorimetri (hore vpravo a dole v strede). Opäť môžeme vidieť, že žiadne dráhy neukazujú na takéto zoskupenie žltých štvorcov.
Pri pohľade na kartu "Fyzikálne objekty" môžete vidieť 2 zrekonštruované objekty. Keďže z predchádzajúceho obrázku vieme, že nejde o elektróny alebo pozitróny, pravdepodobne sú to fotóny. Môžeme kliknúť na Objekty a označiť ich ako fotóny.
-
Ako rozoznáme neutrína? Neutrína neinteragujú so žiadanou časťou detektora ATLAS. Neinteragujú s dráhovým detektorom, ani s kalorimetrami, ani s miónovým detektorom. Ako môžeme pozorovať niečo, čo nemôžeme vidieť? Keďže všetky kvarky a gluóny sa pohybujú pozdĺž urýchľovacej trubice pred zrážkou, majú nulovú zložku rýchlosti kolmú na trubicu a preto je celková priečna hybnosť nulová. Vzhľadom na zachovanie hybnosti celková priečna hybnosť po zrážke (vektorový súčet priečnych hybností všetkých častíc) musí byť taktiež nulová. Ak meranie toto nepotvrdí, sú buď produkované častice, ktoré detektor nezaregistruje (napríklad jedno alebo viac neutrín, ktoré majú práve chýbajúcu priečnu hybnosť) alebo častice, nesúce priečnu hybnosť uniknú detektoru ATLAS, alebo detektor nemeria presne.
-
V detektore ATLAS, je chýbajúca priečna hybnosť určená energiou uloženou v kalorimetroch. Ak nie je v rovnováhe rozloženie energie – čo nazývame chýbajúca priečna energia (MET) – naznačuje to, že počas zrážky vzniklo neutríno. HYPATIA toto zobrazuje dvoma spôsobmi. 1. pomocou hodnoty chýbajúcej priečnej hybnosti (MET) v okne napravo hore (okno so sivým orámovaním) a 2. červenou čiarkovanou čiarou v priečnom pohľade na prierez detektora. Táto čiara zobrazuje smer nerovnováhy energie a jej hrúbka je mierkou na zistenie hodnoty chýbajúcej priečnej energie.
-
V tejto zrážke boli vytvorené elektrón a neutríno. Keďže tieto dve častice sú jediné, ktoré boli vytvorené, hodnota priečnej energie je rozdelená medzi tieto dve častice. Preto neutríno so svojou časťou priečnej hybnosti letí od elektrónu takmer opačným smerom. Príslušná priečna energia je určená s pomocou zobrazenia zrážky a načrtnutá v smere priečnej hybnosti. Hrubá čiarkovaná červená čiara preto vždy indikuje prítomnosť jednej alebo viac neidentifikovateľných častíc, napríklad neutrín. Menšia hodnota chýbajúcej priečnej hybnosti okolo 10-20 GeV (tenká červená čiarkovaná čiara) môže byť spôsobená neistotou merania detektora.
-
V tejto zrážke môžete vidieť tzv. jety (spŕšku častíc). Každá spŕška pozostáva zo zhluku rôznych častíc. Elektricky nabité častice zanechávajú stopu v dráhovom detektore, zatiaľčo neutrálne častice nezanechajú žiadnu stopu. Ak predĺžite stopu, nájdete množstvo prislúchajúcich signálov v kalorimetroch. Iné signály uloženej energie blízko sa nedajú prideliť k dráhe, pretože boli spôsobené elektricky neutrálnymi časticami. Najmä hadrónový kalorimeter obsahuje takého signály uloženej energie. Je to preto, že sa spŕška skladá z gluónov, kvarkov alebo antikvarkov, ktoré sú vyrazené z protónu pri zrážke. Veľká časť energie je týmto spotrebovaná na prekonanie väzbových síl. Časť energie je použitá na vytvorenie nových párov kvark – antikvark, ktoré sa pohybujú skoro v tom istom smere a sú zviazané dokopy, vytvárajúc nové častice nazývané hadróny. Tieto generujú zobrazovanú spŕšku, na lepšie rozoznanie vyznačenú sivým pozadím na obrázku.
-
Majte na pamäti: častice, ktoré sa rozptýlia, zanechajú v dráhovom detektore stopy a uloženú energiu v elektromagnetickom, a najmä v hadrónovom kalorimetri, môžu byť kvarky, antikvarky a gluóny, a sú nazývané spŕšky.
