Bosón Z
Las partículas de canje responsables de la interacción débil son tres partículas, las cargadas W+, W- y la neutra Z. Los bosones Z se producen de formas diferentes durante las colisiones protón-protón en el LHC. Para ilustrarlo mejor, la siguiente galería de imágenes introduce los diagramas de Feynmann utilizados. Aprenda acerca de los diagramas aquí.

Desintegración de bosones Z
El bosón Z es pesado (91,2 GeV/c2), aproximadamente 100 veces más pesado que un protón, y decae inmediatamente después de su producción. Puede decaer de formas diversas, y aunque nos concentraremos en dos posibilidades, más adelante, hablaremos acerca de todo ello ahí.
Lo más importante es recordar que, como Z es neutro, la suma de las cargas de sus productos de desintegración tiene que ser 0. Ello es debido a que la carga es conservada en la Naturaleza. Esto nos da las dos posibilidades de desintegración:
  1. En el 10% de las desintegraciones del Z, se producen pares cargados leptón-antileptón. Los tres tipos posibles de leptones cargados son electrón-positrón, muon-antimuon y tau-antitau. Cada par es igualmente probable.
  2. El bosón Z decae, en el 20% de los casos, en un para leptón-antileptón neutro (Carga eléctrica = 0), a saber un par neutrino-antineutrino. Nuestro detector no es capaz de detectar los neutrinos ya que apenas interactúan con nada. Los neutrinos son invisibles para nosotrosy la única forma de "observarles" es midiendo si hay energía o momento transverso faltante tras la colisión (ya que sabemos que tanto la energía como el momento transverso deberían conservarse en la colisión)
  3. En el 70% de los casos se produce un par quark-antiquark. Estos aparecen como chorros de partículas llamados "jets" en el detector
De entre estos posibles modos de desintegración, solo estudiaremos las desintegraciones de bosones Z en pares electrón-positrón o muon-antimuon. Estos se ilustran en los siguientes diagramas de Feynman:



Los sucesos con un par de electrones o muones están ilustrados en los dos diagramas de arriba y son nuestros sucesos de señal en nuestra muestra de datos. Son una indicación inambigua de que un bosón Z existió por un tiempo muy corto. El resto de los sucesos se clasifican como ruido de fondo. Demos una mirada a posibles fondos en esta galería de imágenes

Sucesos de ruido
Si los protones colisionan no solo se crean bosones Z sino también, por ejemplo, un bosón W o un quark top. Estas partículas también decaen inmediatamente tras su producción, pues son muy pesadas. Una forma de distinguir entre un suceso de señal Z y, por ejemplo, un suceso W es ver los modos en que la otra partícula puede decaer. La forma más simple es verlo en los diagramas de Feynman:
  • Así que ya ves: un bosón W decaerá, típicamente, en un solo leptón cargado, no dos como el bosón Z. Y,además, hay un neutrino. Como aprendimos antes, un neutrino se notará solamente por la energía faltante en nuestro balance energético
  • Mirando el caso top-antitop, la imagen es aún más complicada. Podemos ver dos leptones cargados en total, pero también neutrinos y quarks. Así, aunque también hay dos leptones cargados, como en la desintegración del bosón Z, veremos además jets (de los quarks) y energía faltante (de los neutrinos), lo que nos permite distinguir esta colisión de la del tipo del bosón Z.


¡Es el momento de practicar identificando suceso con HYPATIA!