כאשר בוזוני W או Z מתפרקים, הם מייצרים שני חלקיקים הקרויים "לֶפְּטוֹנִים" (מיוונית - "חלקיקים קלים"; באנגלית: leptons). אלקטרונים, מיואונים ונוֹיטְרִינים (neutrinos) הם כולם לפטונים, וכך גם האנטי-חלקיקים שלהם.

מכיוון שלבוזון Z אין מטען חשמלי הוא יכול להתפרק לשני לפטונים בעלי מטענים הפוכים (לדוגמה: e+ ו- e-). לבוזוני W מטען חשמלי +1 או -1 , ולכן חלקיק W יכול להתפרק לאלקטרון או למיואון יחיד יחד עם נויטרינו שמטענו החשמלי אפס. יש עוד הרבה מה לאמור בנושא זה ... אך די בינתיים.

כשחלקיקי W+ או W- נוצרים בהתנגשות בין שני פרוטונים בגלאי ה-CMS, הם מתפרקים מיד. שני הלפטונים (תוצרי ההתפרקות, אלקטרון או מיואון ונויטרינו) יוצאים בנקודת ההתפרקות מאלומת המאיץ ונכנסים אל תוך הגלאי עצמו. אלקטרונים ומיאונים משאירים עקבות בגלאי הפנימי שמתעקמות בשדה המגנטי החזק ששורר בגלאי. העקבה של חלקיק בעל מטען חשמלי חיובי תתעקם בכיוון השעון וזו של חלקיק בעל מטען שלילי תתעקם נגד כיוון השעון (בתצוגת xy). נויטרינו הוא מבלי שיבחינו ; עם זאת , מומנטום חסר מוצג כמסלול סגול ובאופן כללי מיוחס לנויטרינו .

הקליקו על התמונה שבצד ימין כדי לראות אותה בהגדלה. האם אתם מזהים את וקטור התנע החסר בכל אחד משני האירועים? בחנו היטב את העקבה השניה בכל אירוע. איזה אירוע שייך בסבירות הגבוהה יותר לתהליך התפרקות של W+? של W-? העקבה הקצרה הירוקה ב"Event A" שייכת לאלקטרון. העקבה האדומה הארוכה ב"Event B" שמגיעה עד לתיבות האדומות שייכת למיאון.

כשבוזון Z נוצר ב-CMS, הוא מתפרק מיד. במקרה זה, שני הלפטונים הם או זוג של מיואונים (μ^-μ⁺) או זוג של אלקטרונים (e^-e⁺). לא נוצר נויטרינו ולכן לא צפוי תנע חסר. עם זאת, תהליכים רבים מתרחשים במהלך כל האירוע ולכן יתכן שכמות מסוימת של תנע תחסר.

הקליקו על התמונה שבצד ימין כדי לראות אותה בהגדלה. איזה אירוע מראה בסבירות הגבוהה ביותר בוזון Z שמתפרק למיאונים? לאלקטרונים? איזה אירוע מתאים להתפרקות W? איך תוכלו להבדיל בין אירוע W לבין אירוע Z עם כמות מסוימת של אנרגיה חסרה?

מאורעות עם ארבעה לפטונים יכולים להתקבל בתהליכים שונים. אנחנו מתעניינים בשני התהליכים הבאים:

• בוזון היגס מתפרק לשני בוזוני Z. חלקיקי ה-Z מתפרקים ללפטונים, כך שנקבל ארבעה מסלולים לפטוניים: שני זוגות מיואונים (μ^-μ⁺μ^-μ⁺), שני זוגות אלקטרונים (e^-e⁺e^-e⁺) או זוג אלקטרונים אחד יחד עם זוג מיואונים אחד (μ^-μ⁺e^-e⁺).
• יתכן שנגלה בנתונים שלנו צירופי חלקיקים נוספים.

בחרו בתמונה בצד ימין על מנת לראות גרסה מוגדלת לניתוח מקרוב. שני האירועים הם מועמדים להיגס. אחד מראה שני פוטונים (שני "מגדלי" אנרגיה ב-Ecal ללא עקבות התפרקות אפשרית של היגס לשני בוזוני Z (במקרה זה, כל אחד מחלקיקי ה-Z מתפרק מיד לשני אלקטרונים). לדעתכם, איזו תמונה מראה איזה אירוע?

עבור כל אחד מהאירועים, כיוון אלומת המאיץ הוא לאורך ציר הסימטריה המשותף של גלילי ה-ECAL וה-HCAL. איזה אירוע מהווה מועמד טוב יותר לתהליך W? לתהליך Z? בכל אחד מהאירועים, היכן מתרחשות התנגשות הפרוטונים והתפרקות החלקיקים?

לפני שתתחילו

אם iSpy ו-CIMA אינם מוכרים לכם:

• עברו למבוא
• צפו בסרטון ההדרכה עבור iSpy ו-CIMA ול עיין בתיעוד של CMS לתואר שני
• שאלו את המנחה או את המורה שלכם.

נתחו את האירועים

כלי העבודה שלכם הם:

• תצוגת המאורע
  • תצוגת iSpy-webgl קלאסית לניתוח מאורעות עם שני לפטונים:
  • iSpy מתקדם לניתוח מאורעות עם שניים או ארבעה לפטונים (מומלץ לכיתת האמן)
• כלי CMS לניתוח נתונים בכיתת האמן:
  • CIMA קלאסי לניתוח מאורעות עם שני לפטונים
  • CIMA מתקדם לניתוח מאורעות עם שניים או ארבעה לפטונים (מומלץ לכיתת האמן)
• בן\בת זוג לצוות

אתם תבחנו את תצוגת האירועים, תפרשו אותה ותשתמשו בגיליון הנתונים לרישום התצפיות שלכם.את(ה) והשותף(ה) שלך תבדקו את תצוגת המאורע, תנו לה פרשנות ותשתמשו ב-CIMA כדי לתעד את התצפיות שלכם. CIMA יעזור לכם למצוא יחסים חשובים בין משתנים ויפיק היסטוגרמות מסה. המדריכים שלכם יעזרו לכם להבין את התוצאות לפני שתשלחו אותם למנחי וועידת הווידיאו ב-CERN.

כל צוות ינתח 100 אירועים. כשאתם בוחנים אירוע, שאלו:

• האם עקבות הלפטונים הנראות באירוע שייכות למיאונים או לאלקטרונים?
• האם מדובר במאורע עם לפטון אחד, שניים, ארבעה? האם מדובר במאורע אחר? האם המאורע שייך לקטגוריה "גן חיות"?
• במקרה שלפניכם מאורע עם לפטון יחיד, האם מדובר במועמד ל-W+ או W-?
• במקרה שמדובר במאורע עם שני לפטונים, האם תוכלו לזהות את שני המסלולים הלפטוניים ולהשתמש בהם כדי למצוא את המסה האינווריאנטית של חלקיק האב?
• במקרה שסביר יותר שמדובר במאורע עם ארבעה לפטונים, האם תוכלו לזהות את ארבעת המסלולים הלפטוניים ולהשתמש בהם כדי למצוא את המסה האינווריאנטית של חלקיק האב?

בגיליון הנתונים תמצאו תאים מיוחדים המיועדים לרישום התשובות לשאלות אלה.


תוצאות

המדריכים שלכם יעזרו לכם לשלב את תוצאות כל הצוותים (עד 3000 אירועים) על מנת לקבל עבור כל הקבוצה את התוצאות הבאות:

• היחס W/Z (קשה יותר ממה שחושבים).
• היחס W⁺/W^-.
• היחס e/μ.
• את מסת חלקיקי ה-Z ומסות של חלקיקים אחרים בעלי ערוצי התפרקות דומים, בעזרת קומבינציה סטטיסטית בהיסטוגרמת המסות האינווריאנטיות של שני לפטונים
• את מסות חלקיקי האב שהתפרקותם יצר את המאורע בן ארבעה לפטונים ואת זהותם האפשרית של חלקיקים אלה

המכון המדעי שיארח את ה-masterclass שלכם יתקשר למוסדות אחרים בוועידת ווידיאו שבמהלכה תתקיימנה הפעילויות הבאות:

• כל מכון יציג בקצרה את התוצאות שלו.
• המנחים יאספו נתונים מכל המוסדות המשתתפים ויראו תרשים מסות משולב.
• הוועידה תסתיים עם פרק "שאלות ותשובות" שבו תוכלו לשאול כל דבר, החל מ"איך עובד מאיץ ה-LHC?" ועד ל"מה עושה פיזיקאי של חלקיקים אלמנטריים בשביל ליהנות?".