Caminho do Z

• Introduzindo o Bosão Z
• Introduzindo o bosão de Higgs
• Identificando Partículas
• Classificando Acontecimentos
  • Quando os protões colidem
  • Acontecimentos com um Bosão Z
  • Acontecimentos Higgs
  • Acontecimentos de Fundo
  • Visualização
  • Exercício 2
• Procure e descubra com a massa
• Vamos trabalhar!

Centro de Conhecimentos

• O Modelo Padrão
• Pesquisa no LHC
• Mais sobre o Bosão Z
• Unidades de Energia
• Momento (Linear)
• Vectores
• Histogramas
• Radioactividade e Bosões W
• Diagramas de Feynman

Visualizando acontecimentos com HYPATIA

É altura de ver como é que os acontecimentos de que temos vindo a falar são mostrados no visualizador de acontecimentos HYPATIA. Irá usar os conhecimentos recentemente adquiridos para caracterizar acontecimentos e identificar partículas elementares. Irá aprender como selecionar acontecimentos de sinal, e como os distinguir dos acontecimentos de fundo.

Acontecimentos com 2 e com 4 leptões (eletrões e muões) são, em geral, fáceis de identificar. Acontecimentos com 2 fotões são por vezes mais difíceis, especialmente quando há traços na direção dos depósitos de energia no calorímetro eletromagnético (ECAL).

A galeria de imagens guiá-lo-á através desta tarefa.

Processos de sinal

• 
• Em ambas as vistas vemos vários traços de partículas no detector de traços, bem como alguma actividade (rectângulos amarelos) na primeira camada do calorímetro (bloco verde no desenho do detector). Estes são sinais claros de electrões.
• Há imensos traços visíveis na vista longitudinal na primeira imagem em cima. De forma a mostrar só partículas com momento transverso elevado, nós podemos definir "cortes". Só as partículas com um valor mínimo de momento transverso são seleccionadas para serem mostradas. É necessário especificar este valor mínimo. Para colocar um valor mínimo do momento transverso, o valor de 25 GeV é adequado. Isto selecciona todas as partículas com momento transverso superior a 25 GeV. Os efeitos da aplicação deste corte podem ser vistos na segunda imagem em cima.
• Se aumentarmos a imagem na vista transversal, parece que temos um par electrão-positrão (repare na diferença de carga eléctrica). O momento transverso em falta é muito baixo, assim não devem ter sido produzidos neutrinos. Este é tipicamente um acontecimento Z→e^- + e⁺.

• 
• Na vista transversal como na vista longitudinal, podem ver-se poucos traços de partículas. Isto é normal para um acontecimento com muões reconstruído pelo Detector ATLAS. Repare que o momento transverso em falta é muito pequeno, o que significa que não devem ter sido produzidos neutrinos. Na vista longitudinal pode-se ver claramente um par muão-anti-muão.
• Como se pode ver nesta vista transversal aumentada, o muão e o anti-muão vão em sentidos opostos. Ambas podem ter tido origem no decaimento de uma partícula após a sua criação.
• Nesta imagem aumentada pode-se ver claramente os traços do muão e do anti-muão. Se reparar na carga eléctrica das duas partículas associadas aos traços pode-se notar que uma tem carga eléctrica positiva e a outra tem carga eléctrica negativa. Isto significa que um par muão-anti-muão foi detectado. É um sinal claro de que foi produzido um bosão Z.

• 
• In both views we see several tracks inside the tracking detector as well as clusters (in yellow) in the electromagnetic calorimeter (green part of the detector drawing). The two towers in the lego plot correspond to the 2 important clusters in the calorimeter. As there are no tracks pointing to these clusters, these are not electrons but photons, as the next picture will confirm.
• Changing the minimal value of the transverse momentum (Control Window) from 1 GeV to 5 GeV ("pT-cut") all tracks disappear. In the track momentum window, we switch from the "Track" view to the "Physics object" view. In this case the physics (calorimeter) objects are in fact photons, as there are no tracks pointing to them. When choosing the "physics object" view, the event display features additional markers pointing to the calorimeter clusters, if any. The resulting picture above shows that we are in the presence of a gamma gamma event.
• The two photons can now be entered into the invariant mass window by clicking on "Photon" in the Track momentum window. This pair of photons has an invariant mass of 110.1 GeV.

• 
• The event above features two calorimeter clusters (one per view, in yellow) with 2 energy towers in the lego plot.
• After a pT cut of 5 GeV, we see the 2 calorimeter clusters, one without any track pointing to it and one with a double track pointing to it (see zoom above). The double track pointing to a calorimeter cluster (with numbers 45-46) has an invariant mass M(e+e-) =0.2GeV, compatible with a converted photon. In fact this pair disappears when requiring at least 2 pixel hits (next picture).
• The e+e- pair pointing to one of the clusters disappears when requiring at least 2 pixel hits (picture before). What about the other electron pair? It has nearly no corresponding energy deposited in the calorimeter and both tracks have the same sign. These can be considered as random tracks and can therefore be ignored. In fact requiring pT larger than 10 GeV, they would disappear. The photon calorimeter objects have an invariant mass of M(gamma gamma) = 100.1 GeV.

• 
• This event has many tracks, 2 of which are clear muons with hits in the muon spectrometer (check both views). It has also 2 energetic clusters (big energy towers in the lego plot) with tracks probably pointing to the clusters. Let's proceed further.
• Increasing the pT cut to 12 GeV (Control Window), only 5 tracks are left, the 2 opposite-charge muons and 2 opposite-charge electrons. The latter clearly show a match between the tracks and the calorimeter clusters. Each of the pairs stems from a Z (M(ee)=89.6 GeV and M(mumu)=91.1 geV). This is a ZZ event leading to 4 leptons. The 4-lepton invariant mass is M(4l)= 291 GeV.

• 
• This event, after a pT cut of 5 GeV, is left with 4 tracks, each pointing to a calorimeter cluster. Each of the pairs stems from a Z (M(ee) = 89.9 GeV and M(ee) = 87.6 GeV). This is a ZZ event leading to 4 electrons. The 4-electron invariant mass is M(4l) = 229.7 GeV.

Processos de fundo

• 
• Este acontecimento distingue-se dos acontecimentos de sinal de dois modos: 1. pode ver conjuntos de partículas (jactos) e 2. o valor do momento transverso em falta é muito pequeno para ter havido a produção de neutrinos energéticos.
• Ambas as vistas aumentadas e mostradas com a opção olho-de-peixe ("fish-eye"), mostra claramente os conjuntos de partículas.
• Esta imagem mostra a vista longitudinal aumentada de outro acontecimento. Aqui pode reconhecer dois vértices de colisões que ocorreram com uma separação aproximada de 60 cm. Os vértices estão identificados com círculos vermelhos. Assim pode ter uma ideia de quão complicada pode ser a classificação de acontecimentos.

• 
• Repare que o valor do momento transverso em falta neste acontecimento é 38 GeV. O que indica que foi produzido um neutrino. Também podemos ver um traço tanto na vista longitudinal como transversal
• Na vista transversal pode-se ver claramente um muão (ou anti-muão). O traço no detector de traços está no sentido oposto à linha tracejada a vermelho. Isto é uma forte indicação do decaimento de um bosão W num muão (que se desloca para a esquerda nesta imagem) e num anti-neutrino do muão (que se desloca para a direita).

• 
• Na vista transversa pode-se ver a assinatura de um electrão com grande momento linear transverso e um anti-neutrino, dado que o momento transverso em falta é de 39 GeV, viajando no sentido oposto. Na vista longitudinal pode também ver-se o electrão bem-isolado.
• A informação do traço do momento diz-nos realmente que se trata de um electrão (e não um positrão; note o sinal negativo).