Recorrido-Z
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- Introduciendo el bosón de Higgs
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Identificando partículas
- detector ATLAS
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Centro de conocimiento
Identificando partículas
Con el fin de analizar las colisiones protón-protón que HYPATIA muestra necesitas saber como identificar partículas y distinguir varios tipos de partículas en el detector. En esta sección aprenderás a identificar electrones (así como positrones), muones (y antimuones), fotones, neutrinos, y otras partículas más complicadas – hadrones como el protón – que son producidas a menudo en forma de “chorros hadrónicos”
Pulsa sobre los iconos para aprender acerca de la identificación de electrones, muones, fotones, neutrinos y chorros hadrónicos.
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Esta signatura es generada por un electrón. La partícula ha dejado una traza (rojo) en el detector interno (por lo tanto transporta carga eléctrica) y ha depositado toda su energía dentro del calorímetro electromagnético ya que es en el único en el que puedes encontrar depósitos. Esto se puede ver en las pequeñas cajas amarillas en el interior de las estructuras verdes luminiosas que representan el calorímetro electromagnético. Como no hay entradas en el calorímetro hadrónico ni en las cámaras de muones es un electrón o un positrón.
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El mismo suceso en la vista frontal. La traza atraviesa los tres detectores internos y las pequeñas cajas amarillas de los depósitos en el calorímetro electromagnético se pueden reconocer fácilmente
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La vista de lado muestra lo mismo. Si combinas las vistas de lado y frontal tendrás una impresión espacial del suceso. Esto es un entrenamiento excelente para tu mente
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¿Cómo puedes decidir si es un electrón o un positrón?. En la barra de herramientas de HYPATIA encontrarás una mano con un dedo índice apuntando. Pulsando esta opción puedes escoger una traza de una partícula del visualizador del suceso (pulsnado de nuevo en ella). Entonces verás la información en la ventana inferior derecha. Esta información contiene, por ejemplo, los valores medidos de las componentes espaciales del momento (Px,Py,Pz) y el momento transverso (PT). En la figura siguiente verás la información de esta ventana
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El signo del valor de PT (aquí un menos) muestra la naturaleza de la carga eléctrica de la partícula a la que pertenece la traza. Un signo negativo significa que la partícula está cargada negativamente. Ningún signo (o signo positivo) significa que la partícula está cargada positivamente. Ahora puedes ver que en nuestro suceso es un electrón
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En esta visualización se ve una traza (naranja) en el detector interno, pequeñas deposiciones de energía en los calorímetros electromagnético y hadrónico (ambas mostradas mediante pequeñas cajas amarillas en el interior de las estructuras verde brillante y rojo), y en las cámaras de muones (naranja). Es un muon ( o antimuon), que es la única partícula que vuela a través de todo el detector dejando señales en todas las capas.
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En esta vista aumentada, puedes ver las entradas naranja en las cámaras de muones, muy claramente
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En la vista de lado, las entradas individuales en las cámaras de muones se representan por cruces naranja. Todas estas cruces están conectadas por una línea naranja punteada que simboliza la traza de la partícula
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¿Muon o antimuon?. Los mismos procedimientos descritos para el electrón/positrón nos proporciona el resultado: En esta visualización, se muestra un muon (signo negativo)
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En este suceso hay muchas trazas (líneas azules), en el detector interno. Hay algo de energía depositada en el calorímetro electromagnético indicada por las cajas amarillas en el interior de las estructuras verdes brillantes (calorímetro electromagnético). Si seleccionas la tabla de "Physics Objects" puedes ver que hay dos objetos reconstruídos, visibles como dos torres amarillas en la vista del suceso. Es difícil saber si este suceso contiene dos electrones o dos fotones, de modo que se requiere más investigación.
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Imponiendo que el pT de las trazas sea > 5 GeV muchas de ellas desaparecen. La única traza que se mantiene no apunta hacia ninguna de las torres amarillas. Como no hay trazas de alto pT t no es probable que sea un electrón o un positrón. Aún tenemos mucha energía en el calorímetro electromagnético , de modo que debe ser un suceso a dos fotones.
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Ampliando la vista longitudinal se puede ver el agrupamiento de las cajas amarillas en el calorímetro electromagnético ( parte superior y baja en el medio). De nuevo, ninguna traza está apuntando hacia las agrupaciones. Mirando a la tabla de "Physics Objects" se pueden ver dos objetos reconstruídos. Como sabemos, por las figuras anteriores que no son electrones ni positrones serán, probablemente, fotones. Podemos pinchar sobre los Objetos y seleccionarlos como fotones.
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¿Cómo reconocer un neutrino?. Los neutrinos no interactúan con niguno de los componentes del detector ATLAS. Ni con el detector de trazas, ni con los calorímetros, ni con las cámaras de muones. ¿Cómo puede detectarse lo que no se ve?. Como todos los quarks y gluones se mueven a lo largo del eje del haz antes de la colisión protón-protón, todas sus componentes de velocidad perpendiculares al haz, y por tanto el llamado momento transverso total es nulo. Debido a la conservación del momento, el momento transverso total (la suma vectorial de los momentos transversos de todas las partículas del suceso) ha de ser cero también tras la colisión. Si la medida contradice ésto, o bien se producen partículas invisibles al detector ( por ejemplo, uno o más neutrinos que han obtenido exactamente este momento transverso) o particulas que, transportando momento transverso, dejan ATLAS sin ser detectadas o ATLAS no las mide adecuadamente
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En el detector ATLAS, el momento transverso faltante se determina a partir de la energía depositada en los calorímetros. Cuando no hay balance dentro de esta distribución de energía, lo que se "denomina energía transversa faltante (MET)", se sugiere que se ha producido un neutrino durante la colisión. Hay dos modos de mostrarlo con HYPATIA: 1. Por el valor de MET en la parte superior derecha del visualizador que tiene un marco gris, y 2. por la línea a rayas roja en la vista frontal. Esta línea tiene la dirección del imbalance de energía, claramente a un lado. Por otra parte, el espesor de esta línea es una medida del valor de la energía transversa faltante
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En este suceso, un electrón y un neutrino se produjeron casi exclusivamente. Como estas dos partículas son prácticamente las únicas producidas, el momento transverso total se divide entre ambas a partes iguales, debido a la conservación del momento. Es por ello que el neutrino vuela en dirección casi opuesta al electrón. La energía faltante relacionada se determina con la ayuda del visualizador del suceso y se dibuja en la dirección del momento transverso. Una línea roja a rayas, gruesa, indica siempre la existencia de una o más partículas invisibles, como neutrinos, por ejemplo. Momentos transversos faltantes pequeños, de aproximadamente 10-20 GeV ( líneas a rayas rojas finas) pueden ser debidas, también, a incertidumbres en la medida del detector.
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En esta visualizador se muestran jets. Cada jet consiste en un manojo de varias partículas. Las partículas con carga eléctrica causan trazas en el detector interno, mientras que las neutras no lo hacen. Si extrapolas las trazas verás muchas entradas en los calorímetros. Otras deposiciones cercanas no pueden asignarse a trazas porque son causadas por partículas eléctricamente neutras. Especialmente en el calorímetro hadrónico hay muchas entradas. Ello se debe a que cada jet es el resultado de un gluon, quark o antiqurak, lanzados del protón durante la colisión. Ahí, grandes cantidades de energía están en juego, a fin de sobreponerse a las enormes fuerzas de enlace. Una parte de esa energía se emplea en formar nuevos pares quark-antiquark que se mueven en dirección muy próxima y se enlazan entre sí para formar nuevas partículas "llamadas hadrones". Estas generan los jets mostrados que tienen un fondo gris en esta imagen, a fin de reconocerlos más fácilmente
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Ten en cuenta: Las partículas que vuelan, causan trazas en el detector interno y tienen entradas en el calorímetro electromagnético y epecialmente en el hadrónico, pueden ser atribuidas a quarks, antiquarks y gluones y se llaman jets
