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.

• bóson de Higgs decaindo em dois bósons Z⁰.
• bóson de Higgs decaindo em dois fótons.

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 vários modos de decaimento do bóson de Higgs. Nós vamos nos concentrar em dois casos:

• O bóson de Higgs decai em dois bósons Z. As partículas Z decaem em leptons, como já falamos acima, então teremos 4 traços: 2 pares de múons (2 x μ^-μ⁺), 2 pares de elétrons (2 x e^-e⁺), ou um par de múons e um par de elétrons (μ^-μ⁺e^-e⁺).
• O bóson de Higgs decai em dois fótons. Fótons não tem carga elétrica, portanto não são vistos nos detectores de traços (tracker). Eles depositam toda sua energia no calorímetro eletromagnético ECal.

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:

• Display de Eventos (iSpy-webgl)
• CMS Instrument for Masterclass Analysis (CIMA)
• Seu parceiro

Você e seu parceiro examinarão o display de eventos, interpretarão os eventos, e usarão a speadsheet para registrar suas observações. A planilha irá auxiliar na obtenção das razões entre os diferentes tipos de eventos observados e no cálculo das massas dos candidatos a bóson Z. Os valores obtidos para a massa serão combinados com todos os resultados dos institutos participantes do Masterclass e serão colocados em um gráfico (histograma). 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?
• Isso é um candidato a W, um candidato a Z, ou um candidato a bóson de Higgs? Ou isto é um evento a ser classificado como “zoo”?
• Se é provavelmente um W, é um W+ ou um W-
• Ou então, se parece mais com um candidato a Z, você consegue identificar os traços dos dois léptons e usá-los para encontrar a massa invariante da partícula mãe?
• Ou se parece mais com um candidato a Higgs, são 4-léptons ou 2-fótons?

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 decaimento similar da combinação estatística no plot de massa.
• O número de possíveis eventos de Higgs com decaimento em 4-léptons e 2-fótons.

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.