Quando um bóson W ou Z decai, produz duas partículas chamadas léptons. Elétrons, múons e neutrinos são todos léptons, bem como suas antipartículas.

Visto que o bóson Z tem carga elétrica 0, ele pode decair em dois léptons com cargas opostas (por exemplo, e+ e-). Os bósons W possuem carga +1 ou -1, por isso o bóson W decai em apenas um elétron ou um múon e mais seus respectivos neutrinos, que não tem carga. Essa história é bem mais profunda... mas, neste momento, isso é suficiente.

Quando um W+ ou W- é produzido em uma colisão próton-próton dentro do CMS, o W decai imediatamente. Os dois léptons (elétron ou múon mais o neutrino) partem do ponto de decaimento a partir da linha do feixe em direção ao próprio detetor. Elétrons e múons são revelados como traços no detetor interno. Eles curvam no campo magnético forte no CMS: sentido horário para carga positiva ou sentido anti-horário para negativa, quando vistos no plano x-y (x-y view) na tela do evento. Neutrinos não são detectados; contudo, o momento não medido no sistema é mostrado como um traço violeta e geralmente atribuído ao neutrino.

Escolha a imagem da esquerda para ter uma visão ampla e ser capaz de uma inspeção mais rigorosa. Você pode localizar o vetor do momento não medido (missing momentum) em cada um desses eventos? Olhe atentamente para a curvatura do “outro” traço em cada evento. O que é mais provável, o decaimento de um W+? ou de um W-? O pequeno traço verde no acontecimento A indica um elétron. O longo traço vermelho no evento B que penetra até as caixas vermelhas indica um múon.

Quando um bóson Z é produzido no CMS, ele também decai imediatamente. Aqui, os dois léptons são ou um par de múons (μ^-μ⁺) ou um par de elétrons (e^-e⁺). Não há produção de neutrinos, então nenhuma medida do momento é perdida. Na prática, há muita coisa acontecendo em um evento e o detector pode perder alguma coisa, desse modo alguma medida do momento pode ser perdida, gerando um “missing momentum” no evento.

Não há produção de neutrinos, então nenhuma medida do momento é perdida. Na prática, há muita coisa acontecendo em um evento e o detector pode perder alguma coisa, desse modo alguma medida do momento pode ser perdida, gerando um “missing momentum” no evento.

Existem diversas maneiras de se selecionar um evento com 4 léptons. Estamos interessados em 2 casos:

• Um bóson de Higgs decai em 2 bósons Z. Cada bóson Z decai em 2 léptons, dessa forma temos 4 léptons no evento: 2 múons e 2 elétrons (μ^-μ⁺e^-e⁺), ou 4 múons (2 pares μ^-μ⁺), ou 4 elétrons (2 pares e^-e⁺).
• Outras combinações de partículas que podemos descobrir durante a análise dos eventos.

Escolha a imagem à esquerda para obter uma versão maior de uma inspeção rigorosa. Ambos os eventos são candidatos a Higgs. Um deles mostra dois fótons (duas torres de energia verde de ECAL sem traços correspondentes). A outra mostra uma possível deterioração Higgs em dois bósons Z (neste caso, cada Z prontamente deteriorado para dois elétrons). Qual você acha que é?

Para cada evento, a linha do feixe é ao longo do eixo comum à estrutura cilíndrica onde está montado o ECAL, bem como à estrutura cilíndrica onde está montado o HCAL. Qual é o melhor candidato a W? Qual é o melhor candidato a Z? Em cada evento onde ocorre a colisão e onde ocorre o decaimento da partícula?

Antes de você começar

Se você não está familiarizado com o iSpy e com o CIMA:

• Vá para a Introdução.
• Consulte o screencast para o iSpy e o CIMA e a Documentação do Masterclass CMS.
• Tire suas dúvidas com os monitores e professores.

Analisar os eventos

Você terá os seguintes itens:

• Event Display (display dos eventos):
  • Clássico - iSpy-webgl para análise de 2-léptons
  • Avançado - iSpy-webgl para análise de 2 e 4 léptons (recomendado para este Masterclass)
• CIMA (CMS Instrument for Masterclass Analysis)
  • Clássico - CIMA para análise de 2-léptons)
  • Avançado - CIMA para análise de 2 e 4 léptons (recomendado para este Masterclass)
• Seu parceiro

Você e seu parceiro devem examinar o display do evento, interpretar o que vêem e usar o CIMA para registrar suas observações. O CIMA ajudará a encontrar as razões principais (entre W+ e W-, ou entre elétrons e múons) e as massas dos candidatos a Z ou a Higgs, para a elaboração do histograma (gráfico). Seu mentor auxiliará todo o grupo a entender os resultados antes que sejam enviados aos moderadores da vídeo-conferencia.

Você e seu parceiro terão 100 eventos para examinar. Quando observar um evento, pergunte:

• São os traços de léptons observados múons ou elétrons?
• Este é um evento com 1, 2, ou 4 léptons? Ou é outro tipo de evento? Este é um evento que podemos classificar como sendo "zoo"?
• Se é um evento com apenas 1 lépton, este é um candidato a W+ ou W-?
• Se é um evento com 2 léptons (di-lépton), é possível identificar os 2 léptons e usar essa informação para obter a massa invariante da partícula mãe?
• Se é um evento com 4 léptons, é possível identificar os 4 léptons e usar essa informação para obter a massa invariante da partícula mãe?

Existem locais específicos na planilha para se registrar todas essas informações.


Resultados

Seu mentor irá lhe ajudar a combinar seus resultados com todos os estudantes (até 3000 eventos) para obter os seguintes parâmetros para o Masterclass como um todo:

• a razão W/Z ( não é tão fácil como parece).
• a razão W+/W-.
• a razão e/μ.
• a massa do Z, e de outras partículas com modos de decaimento similares, a partir da análise estatística do histograma com a distribuição de massa dos di-léptons.
• as massas das partículas mãe que decairam em 4 léptons, e sua identificação a partir da análise estatística do histograma com a distribuição de massa.

Seu Instituto no CMS-Masterclass irá combinar os resultados obtidos com os outros institutos participantes em uma vídeo-conferência. As atividades da vídeo-conferência são:

• Cada Instituto do Masterclass irá apresentar resumidamente seus resultados.
• Os moderadores irão combinar os dados de todos os Institutos e mostrar o gráfico resultante com a distribuição de massa.
• A sessão Q&A – Perguntas e Respostas, na qual você poderá perguntar questões sobre qualquer coisa desde como o LHC funciona até o que um físico de partículas faz para se divertir.