Parçacıkları Tanıma

Programın gösterdiği proton-proton çarpışmalarını analiz edebilmemiz için, elektronları ( ve pozitronları) , müonları( ve karşıt-müonları), nötrinoları ve hadronik parçacıkları ve jetleri nasıl tanımlayabileceğimizi bilmemiz gerekir. Resim galerisinde parçacıkları tanımlamanın nasıl çalıştığı gösterilecektir.



  • Bu iz elektron tarafından oluşturulur. Parçacık iç dedektörde bir iz (kırmızı) oluşturmuştur (öyleyse elektrik yük taşıyor) ve görüldüğü gibi enerjisini elektromanyetik kalorimetrede bırakmıştır. Bunu, elektromanyetik kalorimetreyi temsil eden açık yeşil alanda görülebilirsiniz. Hadronik kalorimetre ve müon odalarında herhangi bir giriş olmadığı için bu parçacık bir elektron veya pozitrondur.
  • Aynı olayın son görünümden gösterimi. Üç iç dedektördeki iz ve elektromanyetik kalorimetrede enerjilerini bırakan küçük yeşil kutular kolayca görülebilir.
  • Yandan görüntü de aynısını göstermektedir. Eğer iki görüntüyü de karşılaştırırsanız olay ile ilgili konumsal bir fikre sahip olabilirsiniz. Bu, olayı anlayabilmeniz için mükemmel bir alıştırmadır.
  • Parçacığın elektron mu yoksa pozitron mu olduğunu nasıl anlarsınız? MINERVA'nın araç kutusunda bir el göreceksiniz (kırmızı çerçeve). Bu seçeneğe tıklayarak bir iz seçebilirsiniz (tıkladıktan sonra izin üzerine de tıklamanız gerekiyor). Daha sonrasında sağ alt pencerede bilgiler size gösterilecektir. Bu bilginin içinde momentumun bileşenlerinin (Px, Py, Pz) uzaya bağlı ölçülen değerlerini ve enine momentumu (PT) ile ilgili değerler de mevcuttur. Bir sonraki fotoğrafta seçmiş olduğunuz ize bağlı olarak, bununla ilgili bilgileri göreceksiniz.
  • Burada seçilen izle ilgili bilgileri görebilirsiniz. İlk üç değer enine momentumu (pT), pseudo-rasyoneli &eta ve azimuthal açı φ. Daha sonraki iki değer bize parçacığın saçılmasının yönünü gösterir. Bir sonraki üçlü değerler (Px, Py, Pz) aynı bilgiyi bu sefer kartezyen koordinatlarda bize vermektedir. Bir sonraki, seçilen ize ait olan parçacığın elektrik yükü (yük: burada -1) "-1" bize parçacığın elektrik yükünün negatif olduğunu söyler. "1" ise tam tersini söyler yani parçacık pozitif yüklüdür. Seçtiğimiz parçacığın elektron olduğunu bu şekilde anlamış oluruz. Bir sonraki ufak bilgimiz ise izolasyondur. Bu, izin diğer olaylardan ne kadar iyi izole edildiğinin bir ölçüsüdür. 0 değeri seçilen izin çevresinde başka bir iz olmadığını yani çok iyi izole edilmiş olduğunu söyler. En iyi izole değerleri genelde 0 ve 0.3 arasıdır.


  • Bu olayda iç dedektörde bir (turuncu) iz, hem elektromanyetik hem de hadronik kalorimetrelerde ufak enerji salınımları (ikisi de açık yeşil ve kırmızı bölgelerde küçük sarı kutular ile gösterilmişlerdir), ve müon odasında küçük izler (turuncu) görülmektedir. Bu, bütün dedektörü boydan boya aşan ve tüm katmanlarda sinyaller bırakan tek parçacık olan bir müon (veya karşıt-müon) dur.
  • Aşağıdaki büyütülmüş olan resimde, müon odalarındaki turuncu izleri net bir şekilde görebilirsiniz.
  • Bu yan görünümde, tekil giriş yapanları turuncu çizgi üzerinde belli kesim noktalarında görebilirsiniz. Bir odanın içindeki tüm kesim noktaları bu odadaki müonun izini gösteren turuncu çizgiye bağlıdır. Tüm turuncu izleri zihninizde birbirine bağlarsanız, müonun ATLAS dedektörünün tüm katmanlarının dışındaki yolunu görebilirsiniz.
  • Müon mu yoksa karşıt-müon mu? Elektron/pozitron olayındaki aynı prosedür bize cevabı verecektir: Bu olay görüntüleme de, müon (yük: -1) gösterilmiştir.


  • Nötrinoyu nasıl tanımlayabiliriz? Nötrinolar ATLAS dedektöründeki tek bir bileşikle bile etkileşmezler. Ne iz detektörleriyle, ne kalorimetrelerle, ne de müon odalarıyla etkileşirler. Öyleyse bir tanesinin bile göremediği bir şeyi nasıl tespit ederiz? Bütün kuarklar ve gluonlar proton-proton çarpışmasından önce ışın ekseni boyunca ilerlerler. Hızlarının bileşenleri ışına diktir ve böylece toplam enine momentum sıfırdır. Momentum korunumundan dolayı toplam enine momentum (tüm parçacıkların enine momentumlarının vektörel toplamı) çarpışmadan sonra da sıfır olmak zorundadır. Eğer ölçümler bunun tersini söylerse, enine momentum taşıyan parçacıkların ATLAS'ı ölçülmeden terkettiği varsayılır (toplamda tam olarak bu kayıp enine momentumu veren bir veya daha fazla nötrino).
  • ATLAS dedektöründe, kayıp enine enerji kalorimetrelerde salınan enerji ile ölçülür. Bu enerji dağılımında bir dengesizlik olduğunda- ki bu da kayıp enine momentumdur- çarpışma sırasında bir nötrino oluştuğunu düşünürüz. Bunu MINERVA ile göstermenin iki yolu vardır: 1. Kayıp enine momentum değeri lego çizimlerinde (sağ üstte, Kayıp ET'ye bakınız) ve son görünümdeki kırmızı kesikli çizgiler ile tasfir edilir. Bu çizgi enerji dengesizliğinin yönünü göstermektedir. Çizginin kalınlığı kayıp enine momentumun değerinin bir ölçümüdür.
  • Bu olayda neredeyse yalnızca bir elektron ve bir nötrino oluşmuştur. Bu iki parçacık hemen hemen oluşan tek parçacıklar olduğu için toplam enine enerji momentum korunumu gereği bu ikisi arasında bölüşülür. Bu yüzden nötrino sahip olduğu enine momentum ile elektronun hemen hemen tersi yönünde saçılır. Bununla alakalı olan kayıp momentum lego çizimlerden veya kesikli çizgilere tıklayarak görülebilir. Kesikli kırmızı çizginin kalınlığı bize bir veya daha fazla görünmez parçacığın varlığından bahseder (nötrinoların) 10-20 GeV (ince kırmızı kesikli çizgiler) değerlerinde daha küçük bir kayıp enine momentum detektörün kesin olmayan muhtemel ölçümlerinden kaynaklanmış olabilir.


  • Bu olay gösteriminde jetler gösterilecektir. Her bir jet bünyesinde birkaç parçacıktan oluşan bir demet barındırır. Bu elektrik yüklü parçacıklar iç dedektörde izlere neden olur iken nötr olanları iz yaratmazlar. Eğer izlerin sonuna giderseniz kalorimetrelere olan birçok giriş görebilirsiniz. Oluşan diğer salınımlar izler ile bağdaştırılamazlar çünkü onlar elektriksel olarak nötr parçacıklar tarafından oluşmuştur. Özellikle hadronik kalorimetre de birçok girişim mevcuttur. Bu jetlerin oluşumuyla açıklanabilir. Her jet, proton çarpışmasında oluşan bir gluon, kuark veya karşıt-kuarkın sonucudur. Büyük enerji değerleri gluonların ve (anti-)kuarkların protondaki çok yüksek bağlanma kuvvetlerini aşabilmek için uğraşırlar. Bu enerjinin bir kısmı hemen hemen aynı yönde ilerleyen yeni kuark-karşıt kuark çiftleri oluştururlar ve yeni parçacıklar oluşturmak üzere birbirlerine bağlanırlar (mesela hadronlar). Bu hadronlar kolayca görülebilmeleri için resimde gri koniler ile gösterilmişlerdir.
  • Aklınızda bulundurun: İç dedektörde izler bırakan ve elektromanyetik ve özellikle hadronik kalorimetrelerde girişimler yapan saçılmış olan parçacıklar kuarklara, karşıt-kuarklara, gluonlara ve jetlere indirgenebilirler.