A continuación vas a estudiar diferentes clases de eventos para:
- determinar cuales son los mejores candidatos para los bosones W, Z, y de Higgs,
- distinguir los candidatos W+ de los W-,
- distinguir los decaimientos en electrons de los decaimientos en muones,
- determinar las fracciones claves,
- y construir un gráfica de la masa de los posibles candidatos para W, Z, y de Higgs.
Conocimientos previos
Cuando un bosón W o Z se desintegra, produce dos partículas llamadas
leptones. Electrones, muones y neutrinos son leptons, al igual que sus antipartículas.
Puesto que el bosón Z tiene carga eléctrica cero, este se puede descomponer en dos leptones
de carga opuesta (por ejemplo, e+ y e-). Los bosones W tienen una carga +1 o -1, por lo que el W puede decaer
en un electrón o muón neutrino el cual no tiene carga. Esta historia va más allá
... pero esto es suficiente por ahora.
Un boson de Higgs tiene varias maneras en que puede decaer, las dos maneras que
usted podría ver son:
- Un bosón de Higgs decayendo en dos bosones Z.
- Un bosón de Higgs decayendo en dos fotones.
Hay muy pocos de esos candidates en sus datos.
Eventos candidatos para el bosón W
Cuando un W+ o un W- se produce en una colisión protón-protón dentro del CMS, la W se
desintegra rápidamente. El electrón (o muón) más un neutrino salen desde el punto de
decaimiento hacia las partes del detector. Los electrones y los muones se revelan como
trayectorias en el detector interno. Se curvan en el fuerte campo magnético del CMS: a favor de las agujas
del reloj para la carga positiva o carga negativa en contra de las agujas del reloj cuando se ve en el plano xy
en el visualizador de eventos. Los neutrinos no son detectados directamente, sin embargo, el momento lineal que
falta en el sistema se muestra como una traza púpura y generalmente se atribuye a los neutrinos.
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Elige la imagen de la izquierda para obtener una versión más grande e inpeccionar más de
cerca. ¿Puedes localizar el vector de "momento que falta" en cada uno de estos eventos? Mira de cerca la
curvatura de la "otra" trayectoria. Que es más probable que la desintegración de un W+? un W-? La
traza corta de color verde en el evento A indica que es un electrón. La traza más larga de color
rojo en el evento B que penetra a los cuadros de color rojo indica que es un muón.
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Eventos candidatos para el boson Z
Cuando un bosón Z "se hace" en CMS, este también decae de inmediato. Aquí, los dos
leptones son un par de muones (μ–μ+) o un par de electrones
(e–e+). No neutrino se produce, por lo que no debe haber momento lineal faltante.
En la práctica, muchas cosas estan pasando en todos estos eventos y en el detector puede ser que falte algo,
así que algo de momento lineal faltante es posible.
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Elige la imagen de la izquierda para obtener una versión más grande e inpeccionar más de
cerca. ¿Cuál de estos es más probable que sea un Z en descomposición en muones? Z
electrones? ¿Cuál podría ser un evento de W? ¿Cómo se puede distinguir a un
candidato W de un candidato Z que podría haber un poco de energía que falta?
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Eventos que son candidatos a un bosón de Higgs
Hay varias maneras en las que un bosón de Higgs puede decaer. Dos casos son de
nuestra importancia:
- El bosón de Higgs decae en dos bosónes Z. Éstos bosones Z decaen en leptones,
como se menciona arriba, de tal modo que obtenemos cuatro trazas de leptones: Dos pares de muones
(2 x μ-μ+), dos pares de electrones (2 x e-e+), o un par de
muones y otro par de electrones (μ-μ+e-e+).
- El bosón de Higgs decae en dos fotones. Los fotones no poseen carga eléctrica
de tal modo que no son detectados en el sistema 'tracker' del detector.
En vez de ello los fotones dejan grandes depósitos de energía en el Calorímertro
Electromagnético.
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Escoja la imagen de la izquierda para obtener una Imagen mas grande para una examinación mas
profunda. Ambos eventos son candidatos de un bosón de Higgs. Uno de estos eventos muestra dos fotones
(dos depósitos de energía representados en dos torres verdes que provienen del calorímetro
electromagnético, sin trazas asociadas a ellos). El otro evento muestra un posible decaimiento de un
Bosón de Higgs en dos bosones Z (en este caso, cada bosón Z ha decaído prontamente en dos
electrones). Cual evento cree usted que corresponde al bosón de Higgs?
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Elementos de Eventos en el sistema iSpy-webgl
Para cada evento, la línea del haz es el eje común de los cilindros de malla de alambre ECAL y HCAL.
¿Cuál es el mejor candidato W? el mejor candidato Z? En cada evento, ¿dónde ocurrió
la colisión y el decaimiento de las partículas producidas?
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Antes que comienzes
Si no estas familariazado con iSpy y CIMA:
Analizar los eventos
Tendrá lo siguiente para trabajar:
- Visualizador de eventos (iSpy-webgl)
- CMS Instrument for Masterclass Analysis (CIMA)
- Compañero
Tú y tu compañero usarán el visualizador de eventos, interpretarán, y usarán la hoja de
cálculo para registrar sus observaciones. La hoja de cálculo le ayudará a encontrar los principales
fracciones para calcular las masas de los bosones Z candidatos. Los datos de masas se combinan para toda la clase magistral
e ir al paquete de histograma. Tu mentor ayudará a todo el grupo a entender los resultados antes de ser enviados a los
moderadores de vídeo conferencia.
Tú y tu compañero tendrán 100 eventos para examinar. Al observar un evento, preguntarás:
- ¿Son las trazas observadas leptones; muones o electrones?
- ¿Es este un candidato W o una candidato Z? ¿O es un evento "zoo" ?
- ¿Si lo más probable es una W, es W+ y W-?
- ¿Si este es un candidato para Z, puedes identificar las dos trayectorias leptónicas y usarlas para medir la
masa invariante de su partícula madre (Z) ?
- ¿Si este es un candidato de un boson de Higgs, está compuesto este por 4-leptones o por 2 fotones ?
Habrá lugares para grabar todo esto en la hoja de cálculo.
Resultados
Tu mentor te ayudará a combinar los resultados de todos los estudiantes (hasta 3000 eventos) para
obtener la siguiente información para la clase magistral en su conjunto:
- la relación W/Z (no es tan fácil como parece).
- la fracción W+/W-.
- la relación e/μ.
- la masa de Z y todas las otras partículas con decaimientos similares en una combinación estadística
representada en un gráfico de masa
- el número possible de eventos de Higgs decayendo a 4-leptones y 2 fotones.
Tú clase magistral de CMS se combinarán con otros en una vídeo conferencia. Las actividades de video conferencia son:
- Cada Instituto hará una breve presentará de sus resultados.
- Los moderadores harán una combinación de los datos provenientes de todas las otras instituciones y
mostrarán una gráfica combinada de masa.
- Una sesión Q & A en el que usted puede hacer preguntas sobre cualquier cosa, desde cómo funciona el LHC a lo que
un físico de partículas hace por diversión.
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