あるいはZボゾンが崩壊する とき、レプトンと呼ばれる つの粒子を生成する。電子、 粒子、そしてニュートリノは すべてレプトンです。それら の反粒子もレプトンです。 ボゾンには電荷がないので、 つの反対の電荷(たとえばe⁺>と e^－)のレプトンに崩壊します 。Wボゾンの電荷は＋1あるいは ー1なのでWボゾンは1個の電子あ るいはµ粒子と、電荷を持たな いニュートリに崩壊します。 この話はもっと深いのですが 、今のところこれで十分です。

ヒッグス粒子はいくつかの種 類の崩壊が可能です。そのう ちあなたが見るかもしれない 2つを紹介します：

• ヒッグス粒子が2つのZボソン に崩壊する様式
• ヒッグス粒子が2つの光子に 崩壊する様式

W+あるいはW－がCMSの内部で電子と電 子の衝突で生成されるとき、Wは速 やかに崩壊します。2つのレプトン (電子あるいはµ粒子と、ニュート リノ) はビームラインの崩壊点から 放れて、検出器の中に入ります。 電子とµ粒子は内部の検出器によ りそれらの飛跡として認識されま す。それらの荷電粒子はCMSの強 い 磁場により曲げられます。 イベン トディスプレイのx-y viewで 見られるよ うに、正電荷の粒 子は時計回りに 、負電荷の粒 子は反時計回りに曲 げられま す。電荷のないニュート リノ は検出されません。しかし、 失われた運動量が紫線 で示され、 これが一般的にニ ュートリノが持 ち去ったもの であるとされます。

精密に分析するために大きなイ メージを左から選んでください。 これらの事象の“失われた運動量 ”のベクトルを見つけることがで きますか ？”ほかの”飛跡の曲が り方を注意深く見てください。ど れがW+あるいはW-の崩壊事象でしょ うか。事象 Aの緑色の短い飛跡が電 子です。 事象Bの外の赤い箱にまで 達する赤く長い飛跡がµ粒子です 。

の中でZボゾンが作られると、そ れらはまたすぐに崩壊します。 ここで2つのレプトンはµ粒子の ペア(µ^－µ⁺)あるいは電子の ペア(e^-e⁺)のいずれかです。ニ ュートリノは生成されないので、 運動量の減少はないに違いありま せん。しかし実際は、１つの事象 で検出器が何かを見落とすかも しれません。その場合、運動量 が減る可能性があります。

精密な分析のためにより大きな イメージを左から選んでくださ い。これらのうちのどの事象が μ粒子へ崩壊するZボゾンである可 能性が最もありそうですか？電子 へ崩壊するZボゾンである可能性 が最もありそうですか？Wボゾン でありえそうなのはどれですか ？どのように見当たらないエネ ルギーの減少が見られるWボゾン の候補と、Zボゾンの候補とを区 別することができますか？

ヒッグス粒子の崩壊にはいくつ かの様式があります。私たちは2つ のケースを考えます：

• ヒッグス粒子が2つのZボソンに崩 壊する様式。Zボソンは上記のよう にレプトンに崩壊します。したが って4つのレプトンの飛跡が得られ ます：2つのミュー粒子のペア (2 x μ^-μ⁺)と，2つの電子のペア (2 x e^-e⁺)あるいは，1つのミュー粒 子のペアと1つの電子のペア (μ^-μ⁺e^-e⁺)が考えられます 。
• ヒッグス粒子が2つの光子に崩壊 する様式。光子は電荷がないため ，飛跡検出器中では見つかりませ ん。そのかわりに光子は電磁カロ リーメータ(ECal)中で大きなエネルギ ーを落とします。

精密な解析のためにより大きな 画像を得るには，左への画像を選 んでください。これらの両方とも ヒッグス粒子の候補です。一方は 2つの光子（ECalから出ている2本の緑 色のエネルギーの線で，他の飛跡 は出ていない）を表します。 もう一方は，ヒッグス粒子が2つの Zボソンに崩壊することが可能なこ とを示しています。（この場合は ，それぞれのZボソンは速やかに 2つの電子に崩壊します）あなたの 考えはどちらですか？

各々の事象について、ビームラ インがECAL(電磁カロリーメータ)とHCAL (ハドロンカロリーメータ)のワイ ヤーフレームシリンダーに共通 な軸に沿って設置してあります 。どれがよりよいWの候補ですか ？どれがよりよいZの候補ですか ？各事象で衝突と粒子の崩壊は どこで起こりますか？

始める前に

iSpyとCIMAに慣れていない方へ：

• イントロダクション を参照してください。
• iSpyとCIMAのスクリーンキャスト と CMS Masterclassの文書を参照してください。
• 先生に質問してください。

事象の分析

以下を使って作業をします：

• イベントディスプレイ (iSpy-webgl)
• CMS Instrument for Masterclass Analysis (CIMA)
• パートナー

あなたとパートナーはイベン トディスプレイを検討して解 釈し、あなたの観察を記録す るためにスプレッドシートを 使用します。そのスプレッド シートはを探し、Zボゾン候補 の質量を計算するのに役立つ でしょう。質量のデータはMasterclass 全体で組み合わされ、ヒスト グラムを作るパッケージへと 行きます。あなたの先生がそ れらの結果がビデオ会議のコ ンピュータに送られる前にグ ループ全体で結果を理解でき るように支援します。

あなたとパートナーはまず個 の事象を解析します。あなた が事象を観察するとき、次の 点を確認してください：

• 観察されるレプトンの飛跡は μ粒子または電子ですか？
• これは候補ですか？0あるいは Z候補ですか？あるいはそれは "混乱した"事象ですか？
• その事象がおそらくWである場 合、W+あるいはW-のどちらですか？
• それがZボソンの候補とより思われ るときは，2つのレプトンの飛跡を同 定できますか。そしてそれらを使っ て親粒子の普遍質量を求めてくださ い。
• それがヒッグス粒子の候補と思われ るときは，4つのレプトンまたは2つの レプトンがありますか？

結果

あなたの先生は、以下の結果を から得るために、すべての生徒 の (3000個までの) 結果を結合してく れます。

• の割合 (思ったよりも簡単では ない)
• W+/W- の割合
• e/μ の割合
• 質量のグラフにおいて統計的に 同じ崩壊を伴うZボソンと他の粒 子の質量
• 4レプトンあるいは2レプトンの崩 壊を伴う，ヒッグス粒子と考えら れる事象の数

あなたのCMS Masterclassはビデオ会議で他 の団体の結果と結合されます。 ビデオ会議のアクティビティは：

• それぞれのMasterclassは簡単に結果を示 します。
• 司会者がすべての参加団体のデ ータを結合し，その質量のプロ ットを示します。
• あなた方は質疑応答のセッショ ンでどんなことでも質問できま す。例えばLHCはどのように稼働し ているかとか、素粒子物理学者 が冗談で言うようなことまで。