Z boson
Partiklerne som udveksles i de svage vekselvirkninger er de tre budbringere W+, W- og Z0. Z bosoner produceres på forskellige måder under proton-proton sammenstød i LHC. Det følgende billedgalleri introducerer dem. Feynman diagrammer bruges til bedre at illustrere dem. Lær diagrammerne at kende her.

Henfald af Z bosoner
Z bosonen er tung (91,2 GeV/c2, omkring 100 gange så tung som protonen) og henfalder umiddelbart efter at den er blevet skabt. Den kan henfalde på mange forskellige måder, og selvom vi kun vil udnytte to af disse muligheder senere, vil vi fortælle dig om dem alle sammen her.
Det vigtigste at huske er, at fordi Z bosonen er neutral skal summen af ladningerne af dens henfaldsprodukter altid være 0. Det skyldes, at i naturen er ladning bevaret. Det giver os følgende mulige henfald:
  1. I 10% af Z henfaldene bliver der produceret par af en ladet lepton og dens antilepton. De tre mulige typer af ladede leptonpar er elektron-positron, myon-antimyon og tau-antitau. Hver type par er lige sandsynligt.
  2. I 20% af tilfældene henfalder en Z til et neutralt lepton-antilepton par, nemlig et neutrino-antineutrino par. Vores detektor er ikke i stand til at detektere neutrinoer, da de næsten ikke vekselvirker med noget. Neutrinoerne er derfor usynlige for os og den eneste måde vi kan "se" dem på er ved at måle at der mangler noget energi eller transversalimpuls efter sammenstødet (fordi vi ved at både energi og transversalimpuls skal være bevaret i stødprocessen).
  3. I 70% af tilfældene produceres deret kvark-antikvark par. De viser sig som byger af partikler, kaldet "jets", i detektoren.
Ud af alle de forskellige henfaldsmåder vil vi nøjes med at undersøge henfald af Z bosonen til elektron-positron eller myon-antimyon par. Disse henfald kan illustreres med de følgende Feynman diagrammer:



Begivenheder med et elektronpar eller et myonpar, som illustreret med de to diagrammer ovenfor, er signalbegivenhederne i vores data sample. De er en utvetydig indikation af at en Z boson eksisterede i et kort øjeblik. Alle andre begivenheder skal kategoriseres som baggrund. Lad os se på nogle mulige baggrundsbegivenheder i det sidste billedgalleri:

Baggrundsbegivenheder
Hvis protoner støder sammen er det ikke blot Z bosoner der skabes, men også f.eks. en W boson eller en topkvark. Disse partikler henfalder også umiddelbart efter at de er blevet til, fordi de også er meget tunge. En måde vi kan skelne mellem en Z signalbegivenhed og f.eks. en W begivenhed er ved at studere måderne den anden partikel kan henfalde på. Det enkleste er at se på Feynman diagrammerne:
  • Så du ser: En W boson henfalder typisk til en enkelt ladet lepton, ikke to som Z bosonen. I tilskud er der en neutrino. Som vi har lært, vil neutrinoen kun gøre sig bemærket gennem manglende energi i vores energiregnskab.
  • Hvis vi ser på top-antitop tilfældet er billedet endnu mere kompliceret. Vi ser ialt to ladede leptoner, men også neutrinoer og kvarker. Så selvom vi også her har to ladede leptoner, ligesom i Z bosonens henfald, så er der i tilskud jets (fra kvarkerne) og manglende energi (fra neutrinoerne), og derfor kan vi skelne denne type begivenheder fra dem med en Z boson.


Det er tid til at identificere nogle begivenheder med HYPATIA!