Z-yoluna
- Z bozonu ile tanışma
- Higgs bozonu ile tanışma
-
Parçacıkları tanımak
- ATLAS DENEY
- Oyun!
- HYPATIA ile Görselleştirme
- Parçacıkların Tanımı
- Alıştırması
- Olayları Tanıma
- Araştir ve kütle ile keşfet
- İşe başlayın!
Bilgi Merkezi
Parçacıkların Tanımı
Proton-proton çarpışmasının analizi için Hypatia programındaki görüntülerle parçacıkların nasıl belirlendiğini ve dedektörde çeşitli parçacık türlerinin nasıl ayırt edildiğini bilmeniz gerekiyor.
Bu bölümde elektronlar, pozitronlar, müon ve karşıt müonlar, fotonlar, nötrinolar ve çoğunlukla jet şeklinde üretilen protonlar gibi hadronları tespit etmeyi öğreneceksiniz.
-
Bu imza bir elektron tarafından oluşturulmuş. Parçacık iç dedektörde kırmızı ile gösterilen bir iz bırakmış (bu yüzden elektrik yükü taşıyor) ve enerji kaybı olan tek kalorimetre elektromanyetik kalorimetre olduğu için, tüm enerjisini elektromanyetik kalorimetrede bırakmış. Bu elektromanyetik kalorimetreyi simgeleyen açık yeşil yapıların içindeki küçük sarı kutulardan anlaşılabilir. Hadronik kalorimetre veya müon dedektöründe herhangi bir girdi olmadığından bu bir elektron veya pozitrondur.
-
Aynı olaya demet hattından bakıldığındaki görüntü. Tüm üç iç dedektör içinden geçen parçacık izi ve elektromanyetik kalorimetrede bırakılan enerjiyi gösteren sarı kutular kolaylıkla fark edilebilir.
-
Yandan görüntü de aynısını gösteriyor. Eğer demet hattı tarafından ve yandan görüntüleri birleştirirseniz, olayın uzaysal bir izlenimini edinirsiniz. Bu, beyniniz için mükemmel bir egzersizdir.
-
Bir elektron mu yoksa bir pozitron mu olduğuna nasıl karar verirsiniz? HYPATıA'nın araç çubuğunda işaret parmaklı bir el bulacaksınız. Bu seçeneğin üzerine tıklayarak parçacığın olay görüntüsündeki izini seçebilirsiniz (yine üzerine tıklayarak). Daha sonra bilgiyi sağ altta göreceksiniz. Örneğin bu bilgi momentumun (Px, Py, Pz) ve dik momentumun (PT) uzaya bağımlı bileşenlerinin ölçülmüş değerlerini içerir. Bir sonraki resimde bu pencerenin bilgisini görebilirsiniz.
-
Burada eksi olan PT değerinin işareti ize ait olan parçacığın elektrik yükünün doğasını gösterir. Eksi işaret parçacığın da eksi yüklü olduğu anlamına gelir. ?şaret olmaması (veya pozitif işaret olması) parçacığın artı yüklü olduğu anlamına gelir. şimdi olaydakinin bir elektron olduğunu görebiliriz.
-
Bu olay görüntüsüne bakıldığında iç dedektörde turuncu bir parçacık izi, hadronik ve elektromanyetik kalorimetrilerde (açık yeşil ve kırmızı yapılar içindeki küçük sarı kutularla gösterilen) ve müon dedektörlerinde (turuncu ile gösterilen) küçük enerji kayıpları görülmektedir. Bu, tüm dedektör içinden geçen ve bu nedenle tüm katmanlarda iz bırakan tek parçacık olan müon (veya anti-müon)'dur.
In this event display one sees a track (orange) in the inner detector, small energy depositions in the electromagnetic as well as in the hadronic calorimeter (both displayed by yellow little boxes inside the light-green and red structures), and in the muon chambers (orange). It is a muon (or an anti-muon) which is the only particle that goes through the whole detector and thereby leaves signals in all shells.
-
Bu genişletilmiş görünümde müon dedektörlerindeki turuncu girdileri daha rahat görebilirsiniz.
-
Yan görünümde müon dedektörlerindeki girdiler turuncu çarpılar ile gösterilmektedir. Tüm çarpılar parçacığın yolunu gösteren turuncu ve kesikli bir çizgi ile bağlanmıştır.
-
Müon veya karşıt-müon? Elektron/pozitron için açıkladığımız yöntemin aynısı cevabı vermekte: Bu olay görüntüsünde bir müon (negatif işaret) resmedilmektedir.
-
Bu olayda, mavi çizgilerle gösterilen iç dedektörde bulunan birçok parçacık izi bulunmaktadır. Açık yeşil ile gösterilen elektromanyetik kalorimetrede bırakılan enerji ise sarı kutularla gösterilmektedir. Eğer "Fizik Olayları (Physics Objects)"'nı seçerseniz, olay görüntüsünde iki sarı kule olarak görünen iki tane yeniden yapılandırılmış nesne göreceksiniz. Bu olayın iki elektron ya da iki foton içerdiğini ayırt etmek zordur. Bu yüzden daha ileri bir araştırma gerektirmektedir.
-
Parçacık izlerinin enlemesine momentumunu (pT) 5 GeV'den büyük olmasını istersek çoğu parçacık izi kaybolmaktadır. Kalan tek parçacık izi sarı kulelerden birine yönelmemektedir. Enlemesine momentumu yüksek olan parçacık izi olmadığından dolayı, bu olay büyük bir olasılıkla elektron ya da pozitron değildir. Elektromanyetik kalorimetrede bırakılan enerji hala çok yüksek olduğundan dolayı bir çift-foton olayıdır.
-
Yan görüntüyü yaklaştırarak elektromanyetik kalorimetrede sarı kutu kümeleri görebilirsiniz. (sağ üst ve aşağı orta). Sarı kulelere yönelen izler yine bulunmamaktadır.
"Fizik Olayları (Physics Objects)"'e bakarak yeniden yapılandırılmış iki nesne görebilirsiniz. Bir önceki resimlerden bunların elektron ya da pozitron olamayacağını bildiğimizden dolayı bunlar büyük bir olasılıkla fotondur. Nesneler(Objects)'e tıklayarak foton olarak seçebiliriz.
-
Bir nötrino nasıl tanınır? Nötrinolar ATLAS deney düzeneğinin tek bir bileşeniyle bile etkileşmemekteler. Ne izleyici dedektörü, ne kalorimetreler ne de müon dedektörü ile etkileşirler. O zaman nasıl olur da göremediğimiz bir şeyi gözlemleyebiliriz? Proton-proton çarpışmasından önce tüm kuark ve gluonlar demet hattı boyunca ilerledikleri için, demet hattına dik düzlemdeki hız, ve bu nedenle, momentum toplamları sıfırdır. Momentum korunumu nedeniyle toplam dik-momentum (tüm parçacıkların dik-momentumlarının vektörel toplamı) çarpışma sonrası da sıfır olmalıdır. Eğer ölçümler buna ters düşerse, ya dedektöre görünmez parçacıklar (bu kayıp dik-momentuma sahip bir veya daha fazla nötrino) üretilmiştir, ya da bu dik momentumu taşıyan parçacıklar ATLAS deney düzeneği tam olarak gözlenemeden çıkmıştır.
-
ATLAS deney düzeneğinde kayıp olan dik-momentum kalorimetrelerde bırakılan enerji sayesinde belirlenmektedir. Bu enerji dağılımında bir dengesizlik olduğunda - buna kayıp dik-enerji (kayıp ET) denmektedir - bu çarpışmada bir nötrinonun oluştuğuna dair bir işarettir. HYPATıA ile bunu göstermenin iki yolu vardır: 1. Yukarı sağdaki gri çerçevesi olan olay görüntüsündeki kayıp ET değeri ile ve 2. görüntüdeki kırmızı kesikli çizgi ile. Diğer taraftan bu çizinin kalınlığı da kayıp dik-enerji değerinin bir ölçütüdür.
-
Bu olayda bir elektron ve nötrino neredeyse tek başına oluşmuştur. Bu parçacıklar üretilen tek parçacıklar oldukları için toplam dik-momentum momentumun korunumu sebebiyle bu ikisi arasında dağılmıştır. İşte bu yüzden dik-momentumdan payını alan nötrino elektrondan tam ters istikamette gider. İlgili kayıp enerji olay görüntüsünün yardımı ile belirlenir ve dik-momentumunun istikametinde çizilir. Bu yüzden kalın ve kesikli kırmızı çizgi her zaman nötrino gibi bir veya daha fazla görünmez parçacığın varlığına işaret eder. 10-20 GeV gibi (ince kesikli kırmızı çizgiler) daha az kayıp dik-momentumlar ise dedektörün ölçüm belirsizliğinden kaynaklanıyor olabilir.
-
Bu olay görüntüsünde jetler gösterilmiştir. Her bir jet, birkaç parçacığın meydana getirdiği bir demetten oluşur. Yüklü parçacıklar iç dedektörde parçacık izleri bırakırken yüksüz parçacıklar bunu yapmaz. Eğer parçacık izlerini uzatırsanız kalorimetrede birçok girdi bulacaksınız. Yakınlardaki diğer enerji kayıpları ise bir parçacık izi ile ilişkilendirilemez, çünkü yüksüz parçacıklar tarafından meydana getirilmişlerdir. Özellikle hadronik kalorimetre birçok girdiye sahiptir. Bunun sebebi her bir jetin çarpışma sırasında protondan fırlatılan bir gluon, kuark veya karşıt-kuarkın bir sonucu olmasıdır. Bu yüzden yüksek bağlanma enerjilerini yenmek için yüksek enerjiler gereklidir. Bu enerjinin bir kısmı neredeyse aynı yönde hareket eden ve hadron denilen yeni parçacıklar üreten kuark ve karşıt-kuark çiftleri yaratmak için kullanılır. Bunlar, bu resimde daha rahat fark edilmeleri için gri arka plan ile gösterilen jetleri oluştururlar.
-
Unutmayın: Dışarı fırlayıp iç dedektörde parçacık izleri oluşturan, elektromanyetik ve özellikle de hadronik kalorimetrelerde girdiler bırakan bu parçacıklar kuark, karşıt-kuark ve gluonlardan oluşur ve jet ismini alırlar.
