Z stien

• Introduktion af Z bosonen
• Introduktion af Higgs bosonen
• Identifikation af partikler
• Identifikation af begivenheder
  • Når protoner støder sammen
  • Z begivenheder
  • Higgs begivenheder
  • Baggrundsbegivenheder
  • Visualisering
  • Øvelser!
• Søg og opdag med masse
• Begynd arbejdet!

Vidensbank

• Standard Modellen
• Forskning ved LHC
• Mere om Z bosonen
• Energienheder
• Impuls
• Vektorer
• Histogram
• Radioaktivitet
• Feynman diagrammer

Visualisering af begivenheder i HYPATIA

Det er tid til at se hvordan de begivenheder vi har diskuteret før ser ud i event displayet HYPATIA. Du skal bruge din nye viden om karakterisering af begivenheder og identifikation af elementarpartikler. Du lærer at vælge signal begivenheder og at skelne dem fra baggrundsbegivenheder.

To-lepton og 4-lepton begivenheder (elektroner og myoner) er generelt nemme at identificere. To-foton begivenheder er somme tider vanskeligere, især når der er spor der peger i retning af energiafsætningerne i det elektromagnetiske kalorimeter (ECAL).

Billedsamlingen kan guide dig igennem opgaven.

signal begivenheder

• 
• I begge views ser man flere spor i spordetektoren og nogen aktivitet (gule felter) i det første kalorimeterlag (grønne del af detektortegningen). Det er klare tegn på elektroner.
• Man ser mange spor i side view i billedet ovenfor. For kun at vise partikler med høj transversalimpuls kan vi definere såkaldte "cuts". Dermed vælger vi kun at se partikler med en vis minimumsværdi af transversalimpulsen. Minimumsværdien skal specificeres. Som minimumsværdi for transversalimpulsen er 25 GeV en passende værdi. Det udvælger alle partikelspor med en transversalimpuls større end 25 GeV. Det anvendte cut kan ses i billedet ovenfor.
• Hvis vi zoomer ind på end view ser det ud til at vi har et elektron-positron par (læg mærke til forskellen i ladning). Den manglende transversalimpuls er meget lille, så der er ikke dannet nogen neutrino. Det er en typisk Z→e^- + e⁺ event.

• 
• Både i end view og i side view kan man se nogle få partikelspor. Det er typisk for en event, som observeres med ATLAS detektoren. Læg mærke til at der er meget lidt manglende transversal impuls, hvilket betyder, at der ikke er produceret nogen neutrino. I side view kan man tydeligt se to myoner.
• I dette forstørrede billede i protonens retning kan man tydeligt se de to myoner. Begge partikler kan stamme fra en partikel som er henfaldet efter at den er blevet skabt.
• I dette zoombillede kan man tydeligt se de to myon spor. Hvis man ser på ladningen af de to myoner, kan man se at den ene af dem har positiv og den anden negativ ladning. Det betyder, at vi har detekteret et myon-antimyon par. Det er et klart tegn på at der blev produceret en Z boson.

• 
• I begge views kan vi se flere spor i spordetektoren, samt klynger (gule) i det elektromagnetiske kalorimeter (den grønne del af detektor tegningen). De to tårne i Lego-plottet svarer til de to største klynger i kalorimeteret. Da der ikke er nogen spor, som peger imod disse klynger, er de ikke elektroner, men fotoner. Det næste billede bekræfter dette.
• Ved at ændre mindste værdien af den transversale impuls (i Control Window) fra 1 GeV til 5 GeV ("pT-cut") forsvinder alle sporene. I spor impuls vinduet skifter vi fra "Track" view til "Physics object" view. I dette tilfælde er physics objects kalorimeter signaler, og de er fotoner, idet der ikke er nogen spor der peger mod dem. Når man vælger "Physics Object" view, viser event displayet ekstra markører, der peger på kalorimeter klyngerne, hvis der er nogen. Det resulterende billede viser, at vi har fat i en γγ event.
• De to fotoner kan nu sættes ind i invariant masse vinduet ved at klikke på "Photon" i Track momentum vinduet. Foton parret har en invariant masse på 110.1 GeV.

• 
• Eventen ovenfor viser to kalorimeter klynger (en i hvert view, gule) med to tårne i Lego-plottet.
• Efter et pT cut på 5 GeV ser vi de to kalorimeter-klynger, den ene uden noget spor, der peger mod den og en med et dobbelt-spor der peger på den (se zoom billedet ovenfor). Dobbeltsporet, der peger på en kalorimeter-klynge (med nummer 45-46) har en invariant masse M(e+e-)=0.2 GeV, som stemmer med at det kan være en konverteret foton. Dette par forsvinder faktisk, hvis vi forlanger mindst to pixel hits (se billedet nedenfor).
• e+e--parret som peger mod en af klyngerne forsvinder, når vi kræver mindst to pixel hits (se billedet ovenfor). Hvad med det andet elektron-par? Det har næsten ingen energi afsat i kalorimeteret, og begge spor har samme fortegn. De kan betragtes som tilfældige spor og kan derfor ignoreres. Hvis man forlanger mere end 10 GeV i pT, forsvinder de. Foton objekterne i kalorimeteret har en invariant masse på M(γγ)=100.1 GeV.

• 
• Denne event har mange spor. To af dem er klare myoner, med hits i myon spektrometeret (check begge views). Den har også to energetiske klynger (store tårne i Lego plottet) med spor, der ser ud til at pege mod tårnene. Lad os se nærmere på det.
• Når man sætter pT cuttet op til 12 GeV (Control Window), er der kun 4 spor tilbage, de to modsat ladede myoner og to modsat ladede elektroner. De sidste viser tydeligt en match mellem sporene og kalorimeter klyngerne. Hvert af parrene stammer fra en Z (M(ee)=89.6 GeV og M(μμ)=91.1 GeV). Dette er en ZZ event, som fører til 4 leptoner. Den invariante masse af de fire leptoner er M(4l)=291 GeV.

• 
• Denne event har, efter et pT cut på 5 GeV, fire spor tilbage, som hver peger på en kalorimeterklynge. Hvert af parrene stammer fra en Z (M(ee)=89.9 GeV og M(ee)=87.6 GeV). Det er en ZZ event, som fører til fire elektroner. Den invariante masse af de fire elektroner er M(4l)=229.7 GeV.

baggrundsprocesser

• 
• Denne begivenhed skiller sig ud fra signalbegivenhederne på to måder: 1. Man kan se bundter af partikler og 2. værdien af den manglende transversalimpuls er for lille til at der kan være produceret neutrinoer.
• Begge views forstørret og vist med fiskeøje option viser tydeligt bundterne af partikler.
• Dette billede viser et forstørret side view af en anden begivenhed. Her genkender man to kollisionsvertices, som optræder ca. 60 centimeter fra hinanden. Vertices er vist med røde cirkler. Her får man et indtryk af hvor kompliceret eventgenkendelse kan være.

• 
• Læg mærke til at den manglende transversalimpuls er 38 GeV i denne event, hvilket indikerer at der er produceret en neutrino. Vi ser også et spor i både side og end view.
• Inde i end view kan man klart se en myon (eller en antimyon). Dens spor i spordetektoren løber modsat den røde stiplede linie. Det er et stærkt hint om at en W boson er henfaldet til en myon (som løber til venstre i dette display) og en neutrino (som løber til højre).

• 
• I end view kan man se signaturen af en elektron med høj transversalimpuls og en neutrino (idet den manglende transversalimpuls er 39 GeV), som løber i den modsatte retning. I side view kan man også se en velisoleret elektron.
• Informationen om leptonens spor fortæller os at det virkelig er en elektron (læg mærke til at fortegnet er negativt).