Boson Z
Existují tři druhy výměnných částic odpovídajících za slabou interakci (říká se jim také částice-nosiče interakce): nabité W+, W- a neutrální Z0. Částice Z vznikají při srážkách protonů na LHC různými způsoby. Ty jsou ukázány v následující galerii obrázků. Pro lepší názornost jsou k tomu použity Feynmanovy diagramy. S těmi se můžete blíže seznámit zde.

Rozpad bosonů Z
Boson Z je těžký (91,2 GeV/c2, zhruba stokrát těžší než proton) a rozpadá se bezprostředně poté, co vznikl. Může se rozpadat mnoha různými způsoby, a i když se později soustředíme jen na dva z nich, nyní si něco povíme o rozpadech Z obecně.
Nejdůležitějším faktem je to, že Z je elektricky neutrální, takže součet nábojů jeho rozpadových produktů musí být nulový. Elektrický náboj se v přírodě zachovává. Jsou tedy následující možnosti rozpadu:
  1. V 10% případů se Z rozpadá na pár nabitý lepton-nabitý antilepton. Těchto párů existují tři typy - elektron-pozitron, mion-antimion a tau-antitau. Každý pár vzniká se stejnou pravděpodobností.
  2. Ve 20% případů se boson Z rozpadá na páry neutrálních (tj. s nulovým elektrickým nábojem) leptonů a antileptonů, totiž na páry neutrino-antineutrino. Náš detektor je není schopen zaznamenat, protože téměř s ničím neinteragují. Jsou tedy pro nás neviditelná a jediný způsob, jak je "vidět", je změřit, že po srážce chybí v celkové bilanci energie nebo příčná hybnost (protože víme, že energie i příčná hybnost by se při srážce měly zachovávat).
  3. V 70% případů vzniká pár kvark-antikvark. Ty se v detektoru projeví jako spršky částic zvané "jety".
My se ze všech těchto rozpadových modů soustředíme pouze na rozpady bosonu Z na elektron a pozitron nebo mion a antimion. Tyto rozpady jsou znázorněny pomocí následujících Feynmanových diagramů:



Události s párem elektron-pozitron nebo mion-antimion, jaké jsou znázorněny těmito dvěma diagramy, představují v našich datech signál. Jednoznačně svědčí o tom, že v dané události existoval po velice krátký okamžik boson Z. Všechny ostatní typy událostí je třeba zařadit mezi pozadí. Různým typům událostí, které přispívají k pozadí, je věnována tato poslední galerie obrázků.

Události tvořící pozadí
Při srážkách protonů mohou vznikat nejenom bosony Z, ale například také boson W nebo top kvark. Tyto částice se také rozpadají okamžitě po produkci, protože i ony jsou velmi těžké. Máme-li odlišit například událost se Z (signál) od události s produkcí W, je třeba zabývat se způsoby rozpadu oněch ostatních částic. To lze snadno uskutečnit s pomocí Feynmanových diagramů:
  • Takže je zcela zřejmé, že boson W se rozpadá na pouze jeden nabitý lepton, nikoli na dva jako boson Z. A navíc vzniká neutrino. Jak už víme, neutrino se v události projeví jako chybějící energie v celkové energetické bilanci.
  • Při produkci páru top-antitop je situace složitější. Je možné, že uvidíme dva opačně nabité leptony, ale vznikají i neutrina a kvarky. Takže i když budou v události dva nabité leptony stejně jako při rozpadu bosonu Z, uvidíme navíc jety (od kvarků) a chybějící energii (za tu mohou neutrina). Tyto události tedy lze odlišit od událostí s produkcí Z.


Nyní nastal čas procvičit si identifikaci událostí s programem HYPATIA.