Du har lært at når protoner kolliderer med så store energier som i LHC så ender kollisjonene i et hav av partikler, de som vanlig materie er bYgget opp av, og andre som bare eksisterte rett etter Big Bang. De nye partiklene er vanligvis mye tyngre enn de originale partiklene som kolliderer, takket være formelen E=mc². Enkelt sagt: All energi vi tilfører kollisjonen kan komme ut som masse isteden! I proton-proton kollisjoner kan "hva som helst" skje, forutsatt at noen viktige prinsipper respekteres, slik som energi-konservering. Oppgaven her er å velge kollisjoner hvor et Z boson var produsert.
I virkeligheten er det kollisjon mellom protonets byggestener, kvarker og gluoner, som resulterer i produksjonen av et Z boson, en tung partikkel med en veldig, veldig kort levetid. Det lever bare i x 10^-25 sekunder, som er 0.0000000000000000000000003 sekunder! Ingen instrumenter klarer å detektere noe i løpet av så kort tid. Hvordan kan du likevel "se" Z bosonet da? Svar: Ved å vite hvordan det henfaller eller "dør". Fra Feynman diagrammene i et tidligere kapittel ble du kjent med flere måter Z bosonet kan henfalle på. Disse henfallsproduktene er stabile nok til at detektoren kan detektere dem. Heldig, ikke sant? For å friske opp minnet om Z henfall kan du gå tilbake til Z boson henfall her.

Metoden du skal bruke for bli ganske sikker på at det virkelig er et Z boson som ble produsert i kollisjonen, er å ikke bare påvise henfallsproduktene, som myon-antimyon eller elektron-positron par, men også rekonstruere massen til Z bosonet. Du kan gjøre dette ved å bruke masse, energi og massefart til Z bosonets henfallsprodukter. Hvordan fungerer dette? Igjen må du bruke E=mc², og et par fundamentale naturlover: Energi og massefart er konservert i naturen. Disse verdiene må være lik før og etter en kollisjon eller et henfall.
For å lykkes i denne delen må du kjenne til hva eV (elektron Volt) er, hva massefart er og hva en vektor er. Gå til Hjelp 1: Energenheter, Hjelp 2: Massefart eller Hjelp 3: Vektorer for å lære om disse temaene.

Høy-energi partikkelfysikk bruker en enhet for energi som er litt forskjellig fra vår hverdagslige energienhet. Årsaken er at det vi måler er ekstremt smått, så også er den totale energien som er involvert. Istedenfor å bruke den velkjente enheten Joule er det mer praktisk å erstatte den med elektron Volt. Med denne enheten kan du si 1 GeV (Giga elektron Volt) istedenfor 1,6x10^-10J (0.000000000016 Joule). Hvis du ønsker å forstå hvordan du konverterer verdiene dine fra en enhet til den andre, følg Hjelp 1: Energi enheter.

Hverdagslig er massefart definert som masse ganger farten av objektet . Ved LHC beveger alle partiklene både før og etter kollisjonen seg imidlertid nesten med lysets fart (v=0,999999991c). Du må derfor benytte Einsteins spesielle relativitets teori, som gir en formel for massefart som er litt mere komplisert men likevel håndterbar.

Hvis du ønsker å finne ut hvordan du utleder denne formelen, følg Hjelp 2: Massefart.

I formelen
,
E er energien til partikkelen, p er massefarten og m er massen til partikkelen når den er i ro. Det forholder seg slik at denne definisjonen av masse er konservert i naturen. Omskriving av formelen gir:



Siden denne størrelsen er konservert kan vi bruke det til å rekonstruere massen av Z bosonet: Du måler energi og massefart til henfallsproduktene og "summen" av disse må være lik massen til Z bosonet, fordi det som går inn må komme ut. Ganske selvfølgelig og enkelt, ikke sant? For tilfellet at et Z boson henfallt til et elektron-positron par vil summen av energier og massefarter for elektronet og positronet lede til massen av Z bosonet på følgende måte:



Med litt mer matematiske tryllekunster får vi:



Da har du brukt at E_Z = E_e^- + E_e⁺ og , pluss noen andre triks. Hvis du ønsker å forstå hele utledningen se her.
Heldigvis kan ATLAS detektoren måle alle verdiene i denne formelen ovenfor.

Hvordan kan vi komme fra til den enkle formelen alle kjenner til: ? Hva betyr dette fysisk?

Du vil benytte et histogram til å plotte eller summere ditt sett av masser for Z bosonet. Et histogram er bare en måte å vise hvor mange ganger en bestemt verdi av en valgt variabel fant sted. For hver masse du beregner legger du resultatet inn i histogrammet.

• Languages
• Hjemmeside
• Innhold
• Start
• Kontakt
• Nedlastinger