Durch die Identifizierung der verschiedenen Zerfallsprodukte des Z0 sind Sie nun gut gerüstet, um nun das Z0 selbst aus einer Vielzahl von Teilchenzerfällen zu bestimmen. Infolge der hochenergetischen Proton-Proton-Kollisionen werden am LHC sehr viel mehr Teilchen als bei LEP produziert, was die Analyse der Ereignisse deutlich erschwert. In den beim LHC kollidierenden Protonen kann bei der Wechselwirkung eines Quark mit einem Gluon ein Z0 abgestrahlt werden. Aus den übrigen Quarks entstehen dabei gleichzeitig noch eine Vielzahl weiterer Teilchen-Jets. In der nachfolgenden Übung sollen Sie versuchen, zwischen den vielen Teilchen einige Z0 in den komplexen Ereignissen zu finden. Um die Sache zu vereinfachen, schauen wir nur nach Zerfällen vom Z0 zu einem Elektron-Positron- oder Myon-Antimyon-Paar. Elektronen und Myonen lassen sich mittels der gleichen charakteristischen Muster wie im Abschnitt Wie identifiziert man Teilchen-Antiteilchenpaare? finden.

Das detektierte Teilchenpaar sollte unterschiedliche Ladung besitzen. Durch der Anklicken der einzelnen Spuren im Pick Modus erfahren sie alle notwendigen Informationen über ihre Ladung und Energie im Track Momenta Window .

Beispiel eines Z⁰→μ⁺μ^- Zerfalls
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Beispiel eines Z⁰→e⁺e^- Zerfalls
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Eine weitere Schwierigkeit am LHC sind die sogenannten Hintergrundprozesse. Viele Hintergrundprozesse treten häufiger als die von uns gesuchten Prozesse auf und sehen ihnen zudem noch sehr ähnlich. Für Ereignisse mit einem Elektron-Positron oder einem Myon-Antimyon-Paar sind Paare von Top-Antitopquark die bekanntesten Hintergründe.
Sie können folgendermaßen zerfallen: t+t→ μ⁺+ν+ μ^-+ν+… oder t+t→ e⁺+ν+ e^-+ν+…, wobei … für weitere Teilchen, typischerweise mehrere Jets, steht. Um diesen Hintergrund zu unterdrücken nutzt man charakteristische Unterschiede zwischen den Ereignisse mit Z⁰- Bosonen aus:

• Im Gegensatz zu Ereignissen mit Elektron-Positron- oder Myon-Antimyon-Paaren eines Z⁰-Zerfalls, enthält der Hintergrund von t+t immer zwei undetektierbare Neutrinos, welche beträchtliche Energie von der Kollision fortragen. Daher sollten alle Ereignisse mit einer fehlenden Energie ETMiss größer als 10 GeV als Hintergrund betrachtet werden.
• Beim Zerfall des Z⁰-Bosons wird die seiner Masse entsprechende Ruheenergie von 91.2 GeV plus seine unbekannte kinetische Energie auf die Zerfallsprodukte übertragen. Daher sollte die Summe der Energien des Teilchenpaars im Track Momenta Window 91.2 GeV übersteigen. Ereignisse, die diese Anforderung nicht erfüllen, sollten ebenfalls als Hintergrund betrachtet werden.

Beispiel eines Top-Antitopquark-Zerfalls
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Starten Sie nun das Programm Hypatia.

Bitte klassifizieren die Ereignisse in drei Kategorien als

• Z⁰-Zerfälle in ein Elektron und ein Positron oder
• Z⁰-Zerfälle in ein Myon-Antimyon-Paar oder
• Hintergrund aus Zerfällen von Top-Antitop-Paaren,

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