Z boson
Vekselvirknings partiklene som er ansvarlig for den svake kraften er de tre partiklene W+, W- og Z0. Z bosoner er produsert på forskjellige måter i proton-proton kollisjoner i LHC. De følgende bildene introduserer dem. Feynman diagrammer benyttes for å gi en bedre illustrasjon. Lær om diagrammene her.

Henfall av Z bosoner
Z bosonet er tungt (91,2 GeV/c2, omtrent 100 ganger tyngre enn protonet) og henfaller øyeblikkelig etter at det ble produsert. Det kan henfalle på mange forskjellige måter, og selv om vi bare konsentrerer oss om to av disse mulighetene senere, vil vi fortelle deg om alle her.
Det viktigste å huske på er at siden Z er nøytral så må summen av elektrisk ladning for henfallsproduktene være 0. Dette følger av at ladning er bevart i naturen. Dette gir oss følgende henfalls muligheter:
  1. I 10% av Z henfall vil ladde lepton-antilepton par bli produsert. De tre mulige ladde lepton par er elektron-positron, myon-antimyon og tau-antitau. Hvert par er like sannsynlig.
  2. Z bosonet henfaller i 20 % av tilfellene til et nøytralt (elektrisk ladning = 0) lepton-antilepton par, nemlig et nøytrino-antinøytrino par. Vår detektor er ikke i stand til å detektere nøytrinoer siden de nesten ikke reagerer med noen ting. Nøytrinoer er derfor usynlige for oss og den eneste måten vi kan 'se' dem er når vi måler og finner at det mangler noe transvers energi eller massefart i kollisjonen (siden vi vet at både transvers massefart og energi er bevart i kollisjonen).
  3. I 70% av henfallene vil et kvark-antikvark par bli produsert. Disse viser seg som "partikkel-sprayer" kalt 'jets' i detektoren.
Av alle disse mulige henfalls-modusene vil vi bare studere de henfall av Z bosonet som går til elektron-positron eller myon-antimyon. Disse henfallene er illustrert i følgende Feynman diagram:



Event med et elektron par eller et myon par er illustrert ovenfor i to diagrammer og er våre signal event i vårt datasett. De er en utvetydig indikasjon på at et Z boson har eksistert en svært kort tid. Alle andre event må kategoriseres som bakgrunn. La oss se på mulige bakgrunns event i dette siste bildegalleriet:

Bakgrunns event
Hvis protoner kolliderer vil det kunne produseres ikke bare Z bosoner men også et W boson eller en topp kvark. Disse partiklene henfaller også øyeblikkelig etter at de er produsert siden de er svært tunge. En måte vi kan skille mellom et Z signal event og f. eks. et W event er å studere hvordan den andre partikkelen henfaller. Den enkle måten å gjøre dette på er å se på Feynman diagrammer:
  • Så: Et W boson vil typisk henfalle til bare et ladd lepton, ikke to som for Z bosonet. Og i tillegg er der et nøytrino. Som vi lærte ovenfor vil et nøytrino bare kunne påvises ved manglende transvers energi i vår enegibalanse.
  • Ser vi på topp- antitopp tilfellet er bildet enda mer komplisert. Vi kan se totalt to ladde leptoner, men også nøytrinoer og kvarker. Så selv om vi også her har to ladde leptoner som i Z boson henfallet, vil i i tillegg se jets (fra kvarker) og manglende energi (fra nøytrinoene), og kan derfor skille denne typen fra Z boson typen.


Nå har tiden kommet til å øve på event identifikasjon med HYPATIA!