Das W-Teilchen
Die Austauschteilchen, welche für die schwache Wechselwirkung verantwortlich sind, sind die drei Botenteilchen W+-, W-- und Z0-Teilchen. Die W-Teilchen werden bei den Proton-Proton-Kollisionen im LHC auf unterschiedliche Weise erzeugt. Die folgende Bildergalerie stellt Dir diese vor. Dabei kommen Feynman-Diagramme zur Veranschaulichung zum Einsatz. Lerne diese Diagramme hier genauer kennen.
Produktion von einzelnen W-Teilchen
  • Dieses Feynamn-Diagramm beschreibt den Prozess, aus dem die meisten W+-Teilchen entstehen - Quark-Gluon-Wechselwirkung genannt. Außerdem entsteht dabei ein d-Quark. Dieses Quark erzeugt einen Jet. Ob man diesen Jet im Ereignis sehen kann, hängt davon ab, in welche Richtung sich das d-Quark bewegt. Oft kann man den aus diesem Quark resultierenden Jet nicht sehen, da er sehr nah an der Strahlachse verläuft. In den meisten Fällen sieht man entweder keinen oder einen Jet in einem solchen Ereignis. Zusätzlich können noch Gluonen abgestrahlt werden, die dann durch weitere Jets auf sich aufmerksam machen.
  • In diesem Diagramm ist der vorherrschende Prozess (ebenfalls wieder Quark-Gluon-Wechselwirkung) dargestellt, bei dem W--Teilchen entstehen. Auch hier entsteht wieder mindestens ein Jet im Ereignis (diesmal aus dem u-Quark).


  • W+-Teilchen können aber auch von Quarks abgestrahlt werden, wenn sich beispielsweise ein up-Quark in ein down-Quark umwandelt.
  • Und das gilt dann natürlich auch für die W--Teilchen.


Zerfall von W-Teilchen
Das W-Teilchen hat eine große Masse (80,4 GeV/c2) und zerfällt augenblicklich nach seiner Erzeugung. In zwei Drittel seiner Zerfälle entsteht ein Quark-Antiquark-Paar, das im Detektor anhand von Jets nachgewiesen wird. Beim restlichen Drittel der W-Zerfälle entstehen ein Lepton und ein Neutrino. Die drei Leptonen Elektron, Myon und Tauon kommen dabei gleich häufig vor. Bevor allerdings das Tauon im Detektor nachgewiesen werden kann, zerfällt auch dieses wieder. In unseren Ereignissen schauen wir daher lediglich auf die Zerfälle der W-Teilchen in Elektronen (respektive Positronen) oder Myonen (respektive Antimyonen). Damit ergeben sich für diese Zerfälle folgende Feynman-Graphen:

  • Das W+ zerfällt in diesem Fall in ein Positron und ein Elektronneutrino.
  • Das W- zerfällt hier in ein Elektron und ein Anti-Elektronneutrino.
  • Das W+ kann allerdings auch in ein Antimyon und ein Myonneutrino zerfallen.
  • Für das W- gibt es dann noch die Möglichkeit des Zerfalls in ein Myon und ein Anti-Myonneutrino.


Ereignisse mit einer solchen Signatur im Detektor wie sie in den letzten vier Diagrammen dargestellt sind, werden wir in unserer Datenstichprobe als Signalereignisse betrachten. Denn sie sind ein eindeutiger Hinweis darauf, dass ein W-Teilchen kurzzeitig existiert hat. Alle anderen Ereignisse sind als Untergrund zu klassifizieren. Schauen wir nun in einer letzten Bildergalerie auf mögliche Untergrundereignisse und die zugrundeliegenden:

Untergrundereignisse
Wenn Protonen kollisieren, können nicht nur W-Teilchen, sondern zum Beispiel auch Z0-Teilchen entstehen. Diese zerfallen ebenfalls sofoert wieder. Folgende Prozesse lassen sich dabei beobachten:
  • Das in den Proton-Proton-Kollisionen entstandene Z0-Teilchen kann unter anderem in ein Paar aus Elektron und Positron zerfallen oder ...
  • ... in ein Paar aus Myon und Antimyon.


Nun ist es wichtig zu wissen, wie wir all diese Ereignisse mit dem Programm MINERVA identifizieren können.