Z-sporet

• Introduksjon av Z bosonet
• Introduksjon av Higgs-bosonet
• Partikkel identifikasjon
• Event-identifikasjon
  • Når protoner kolliderer
  • Z event
  • Higgs-event
  • Bakgrunns event
  • Event-visualisering
  • Øv!
• Søk og oppdag med masserekonstruksjon
• Sett igang!

Opplysnings senter

• Standard Modellen
• Forskning ved LHC
• Mer om Z bosonet
• Energi -enheter
• Massefart
• Vektorer
• Histogrammer
• Radioaktivitet og W bosonet
• Feynmann diagrammer

Event-visualisering i HYPATIA

Nå er det på tide å se hvordan eventene vi har snakket om ser ut i event-displayet HYPATIA. Du skal nå bruke din nye kunnskap om event-karakterisering og identifikasjon av elementærpartikler. Du vil lære hvordan du velger signal-eventer og hvordan skille dem fra bakgrunns eventer.

2-lepton- og 4-lepton-eventer (med elektroner og myoner) er generelt sett enkle å identifisere. 2-foton-eventer er noen ganger vanskeligere, spesielt når sporene peker til energiavsetninger i det elektromagnetiske kalorimeteret (ECAL).

Bildegalleriet vil lede deg gjennom dette arbeidet.

signal prosess

• 
• Sett fra begge sidene ser vi flere spor i spordetektoren i tillegg til noe aktivitet (gule bokser) i det første kalorimeter skallet (grønn del av detektor skissen). Dette er klare indikasjoner for elektroner.
• Det er en hel del spor i side displayet for første bildet ovenfor. For å se bare partikler med høy transversal massefart kan vi definere såkalte 'kutt'. På den måten vil bare de partikler med en minimum verdi for transversal massefart kunne sees. Denne minimums verdien må spesifiseres. For å sette en minimums verdi for transversal massefart vil en verdi på 25 GeV passe. Dett vil velge alle partikkelspor med transversal massefart større enn 25 GeV. Bruken av dette kuttet kan sees i det andre bildet ovenfor.
• Hvis vi zoomer inn i endevisning ser det ut til at vi har et elektron-positron (legg merke til ladningsforskjellen) par. Det manglende perpendikulære massefarten er svært liten, så det er ikke produsert noe nøytrino. Dette er et typisk Z→e^- + e⁺ event.

• 
• I endevisning så vel som i sidevisning kan man se flere spor. Dette er typisk for et event som er observert med ATLAS detektoren. Observer at der er svært lite manglende perpendikulært massefart, som betyr at det ikke er produsert noe nøytrino. I sidevisning kan vi klart se to myoner.
• Fra denne forstørrede visningen i retning av proton-strålen kan du tydelig se de to myonene. Begge partiklene kan ha sin opprinnelse i en partikkel som henfalt rett etter at den var produsert.
• I dette forstørrede bildet ser vi tydelig to myonspor. Hvis vi ser på ladningen til de to myonenen ser vi at det ene har positiv og det andre negativ ladning. Dette betyr at vi har detektert et myon-antimyon par. Det er et klart signal på at et Z boson var produsert.

• 
• Sett fra begge sider av detektoren (front og side) ser vi flere spor på innsiden av spor-detektoren i tillegg til klustere (i gult) i det elektromagnetiske kalorimeteret (fargelagt med grønt). De to tårnene i lego-utsnittet (øverst til høyre) svarer til de 2 største klusterne i kalorimeteret. Siden det ikke er noen spor som peker direkte til disse klusterne er dette ikke elektroner, men fotoner, noe neste bilde bekrefter.
• Ved å øke minimums-verdien til den transverse bevegelsesmengden (Control Window) fra 1 GeV til 5 GeV ("pT-cut") forsvinner alle sporene fra Inner Detektoren. I "Track Momentum Window" kan vi bytte fra "Track" tabben til "Physics Objects" tabben. Når vi velger "Physics Objects" tabben ser vi at to nye gule markører vises, som peker til kalorimeter klusterne. I dette tilfelle ser vi at kalorimeter-objektene faktisk er fotoner, siden det ikke er noen spor som peker til klusterne. Dette er derfor et di-foton event.
• De to fotonene kan nå bli lagt til invariant-masse tabellen ved å klikke på "Photon" i "Track Momentum Window". Dette foton-paret har en invariant masse på 110.1 GeV.

• 
• Eventet over viser to kalorimeter klustere (en synlig i hvert av utsnittene) med hvert sitt energi-tårn vist i lego-plottet.
• Etter et pT kutt på 5 GeV ser vi nøyere på de 2 kalorimeter klusterne. Det ene klusteret har ingen spor rettet mot seg, mens det andre faktisk har et spor-par som peker i riktig retning (se zoom over). Spor-paret som peker mot det ene klusteret (med numrene 45 og 46) har en invariant masse på M(e+e-) =0.2 GeV, som stemmer overens med et konvertert foton. Faktisk forsvinner dette spor-paret dersom man i tillegg krever 2 piksel treff ("Number Pixel Hit", bildet under).
• Spor-paret vi undersøkte over, og som representeret et e+e- par og peker til et av klusterne, forsvinner når vi krever i hvert fall 2 piksel treff (bildet over). Det er et spor-par til, hva med det? Det har nesten ingen energi-avsettinger i kalorimeteret i forlengelsen av sporet, og begge sporene har samme ladningsfortegn. Dette kan derfor regnes som tilfeldige spor og kan ignoreres. Vi ser i tillegg at dersom vi krever enda høyere pT-kutt (>10 GeV) forsvinner også disse. Foton kalorimeter objektene har en invariant masse på M(γγ)=100.1GeV.

• 
• Dette eventet har mange spor. 2 av de er tydelige muoner med treff i muon-spektrometeret (se begge utsnitt). Eventet har også 2 energirike klustere (store energi-tårn i lego-plottet) og endel spor som virker som de peker mot klusterne. La oss kikke litt nøyere på dette eventet.
• Ved å øke pT kuttet til 12 GeV ("Control Window") er det bare 4 spor igjen, de 2 muonene med motsatt ladning, og 2 motsatt ladde elektroner. Vi ser det er elektroner fordi de har tydelig sammenheng med de gule kalorimeter klusterne. Hvert av parene kommer fra en Z (M(ee)=89.6 GeV and M(μμ)=91.1 GeV). Dette er et ZZ event som resulterte i 4 leptoner. Den invariante massen til de 4 leptonene er M(4l)=291 GeV.

• 
• Dette eventet har, etter et pT kutt på 5 GeV, 4 spor igjen, og hvert av sporene peker mot hvert sitt kluster i kalorimeteret. Hvert par stammer fra en Z (M(ee)=89.9 GeV og M(ee)=87.6 GeV). Dette er et ZZ event som resulterte i 4 elektroner. Den invariante massen til de 4 elektronene er M(4l)=229.7 GeV.

bakgrunns prosesser

• 
• Dette eventet skiller seg fra signal event på to måter: 1. du ser enbunt av spor og 2. verdien av manglende transvers massefart er for liten til at nøytrino(er) kan ha blitt produsert.
• I begge displayer og med fiskeøye-opsjonen ser vi tydelig en bunt av partikler.
• Dette bildet viser et forstørret display av et annet event. Her kan du se to kollisjons verteks ca. 60 centimeter fra hverandre. Verteksene er vist med røde sirkler. Nå fikk du et inntrykk av hvor komplisert event identifikasjon kan være.

• 
• Observer at verdien av manglende transvers massefart er 38 GeV i dette eventet. Det indikerer at et nøytrino har vært produsert. Vi ser også spor både i side og ende displayet.
• Sett fra enden kan vi klart se et myon (eller anti-myon). Dets spor i spordetektoren går i motsatt retning av den prikkede røde linjen. Dette er et sterk hint om henfall av en W partikkel til et myon (som går til vestre i dette displayet) og et nøytrino (som går til høyre).

• 
• I ende displayet kan du se signaturen av et elektron med høyt transvers massefart og et nøytrino (siden manglende transvers massefart er 39 GeV) i motsatt retning. I side displayet ser vi også tydelig det velisolerte elektronet.
• Informasjonen for leptonsporet forteller oss at det virkelig er et elektron (og ikke et positron). Legg merke til det negative fortegnet.