Bir W veya Z bozonu bozunduğunda, lepton adı verilen iki parçacık üretilir. Elektronlar, muonlar ve nötrinolar lepton olarak adlandırılır. Dolayısıyla bunların anti parçacıkları da leptondur.

Z bozonu yüksüz olduğu için zıt yüklü iki leptona bozunabilir (mesela e+ ve e-‘ye). W bozonu + veya - yüke sahip olabileceği için bir elektrona (veya bir muona) ve bir nötrinoya bozunur. Bu konu daha derine de götürülebilir fakat şimdilik bu bizim için yeterli bir bilgidir.

• Higgs bozonu iki Z bozonuna bozunur.
• Higgs bozonu iki fotona bozunur.

CMS’teki proton-proton çarpışmalarında bir W+ ya da W- üretildiğinde hemen bozunur. Bozunum noktasında ortaya çıkan iki lepton (elektron ya da muon ve nötrino) demet borusundan ayrılıp dedektöre doğru yönelir.

Bu elektronlar ve muonlar en iç kısımdaki iz sürücülerde iz bırakırlar. Bu izler CMS’in güçlü manyetik alanının etkisi altında olay görüntüsüne x-y düzleminde bakılmak şartıyla, artı yükler saat yönüne doğru, eksi yüklerse saat yönünün tersine doğru olacak şekilde bükülürler. Nötrinolar dedektörde görünmezler; fakat sistemdeki kayıp momentum mor bir iz ile gösterilir ve genelde nötrinoyla ilişkilendirilir.

Daha yakından incelemek için soldaki resmi seçin. İki olayda da “kayıp momentum” vektörünü bulabildiniz mi? Her birinde diğer izin eğriliğine dikkatlice bakın. Hangisi bir W+ ya da W- parçacığının bozunumuna benziyor? A Olayındaki kısa yeşil iz bir elektronu işaret eder. B Olayındaki kırmızı ve daha uzunca olup kırmızı kutulara kadar ilerlemiş iz ise muonu işaret eder.

CMS’te bir Z bozonu üretildiğinde o da hemen bozunur. Bu sefer iki lepton da ya muon ya da elektron çiftine bozunur (μ^-μ⁺) veya (e^-e⁺). Nötrino üretilmez, dolayısıyla kayıp bir momentum gözlenmez. Aslında, bir olayda bu bahsettiklerimizden çok daha fazlası gerçekleşir ve dedektör birçok şeyi kaçırabilir. Sonuç olarak da gerçekte olmasa bile dedektörümüz bize kayıp bir momentum olduğunu söyleyebilir.

Daha yakından incelemek için soldaki resmi seçin. Hangileri bir Z’nin muonlara bozunmasına benziyor? Ya da elektronlara? Hangisi bir W olayı olabilir? Bir W adayını biraz kayıp enerjisi olabilecek bir Z adayından nasıl.

Higgs bozonu birkaç farklı yoldan bozunabilir. Bu çalışmada sadece iki bozunma yolu ile ilgileneceğiz:

• Higgs iki Z bozonuna bozunabilir. Oluşan Z bozonları da yukarıda olduğu gibi iki leptona bozunur. Sonuç olarak 4 tane lepton izi elde ederiz: iki muon çifti (2 x μ-μ+), iki elektron çifti (2 x e^-e⁺), ya da bir muon ve bir elektron çifti (μ^-μ⁺e^-e⁺).
• Higgs iki fotona bozunabilir. Fotonlar yüksüz oldukları için iz sürücüde iz bırakmazlar. Bunun yerine ECAL’de büyük miktarda enerji bırakırlar.

Daha yakından incelemek için soldaki resmi seçin. Bu iki olayda birer Higgs adayı. Birisinde, Higgs iki fotona bozunmuş durumda (izi olmayan ECAL’deki iki yeşil enerji kulesi). Diğeri” ise Higgs’in muhtemel bir Z bozunumu (bu durumda Z hemen iki elektrona bozunuyor). Sizce hangisi hangi durum?

Her olay için ışın ekseni silindirik tel kafesler şeklinde gösterilmiş ECAL ve HCAL detektörlerinin eksenidir. Hangisi daha iyi bir W adayı? Ya da daha iyi bir Z adayı? Her iki olayda çarpışma ve parçacık bozunumları nerede gerçekleşiyor?

Başlamadan Önce

iSpy ve CIMA konusunda bilgi sahibi değilseniz:

• Giriş'e gidin.
• iSpy ve CIMA için screencast'a ve CMS Masterclass Dokümantasyonuna bakın.
• Akıl hocanıza veya öğretmeninize sorun.

Olaylari Analiz Edin

Bu çalışmayı gerçekleştirmek için:

• Olay Görüntüleri (iSpy-webgl)
• CMS Instrument for Masterclass Analysis (CIMA)
• Partner

ile çalışmanız gerekli.

Siz ve arkadaşınız olay görüntülerini inceleyip yorumlayıp gözlemlerinizi bir çizelgeye kaydetmelisiniz. Çizelge anahtar oranları ve Z bozonu adaylarının kütlelerini hesaplamanızda yardımcı olacaktır. Masterclass’ın yapıldığı bütün Enstitülerinden alınan kütle verileri birleştirilip bir histograma dönüştürülecektir. Sonuçlar video konferans moderatörlerine gönderilmeden önce, eğitmenleriniz tüm gruba bulduğunuz sonuçları anlayıp yorumlamanız konsunda yardımcı olacaktır.

Siz ve arkadaşınız 100 tane olayı inceleyeceksiniz. Bir olayı incelerken şu soru-ları sormanız gerekli:

• Gözlemlenen izler muonlar mı yoksa elektronlar mı?
• Bu olay bir W adayı mı, bir Z adayı mı yoksa bir Higgs adayı mı? Yoksa bir “duyan gelmiş” olayı mı?
• Eğer daha çok W adayına benziyorsa W+ mı yoksa W- mi?
• Büyük olasılıkla bir Z adayı ise, iki lepton parçasını tanımlayabilir ve onları ana parçacığın invarinat kütlesini bulmak için kullanabilir misin?
• Büyük olasılıkla bir Higgs adayıysa, 4-lepton veya 2-foton mu?

Çizelgede bütün bu bilgileri kaydedebileceğiniz yerler olacak.


Sonuçlar

Eğitmeniniz bütün gruplar tarafından (yaklaşık 10000 olay) kaydedilen bilgiyi birleştirmenizde sizlere yardımcı olacak:

• W/Z oranı (göründüğü kadar kolay değil).
• W+/W- oranı.
• e/μ oranı.
• Z ve benzer bozunumlara sahip diğer parçacıkların istatistiksel bir kombinasyonundan oluşan kütle grafiği
• 4-lepton ve 2-foton bozunumlarıyla olası Higgs olaylarının sayısı.

CMS Masterclass Enstitünüz sonuçlarını bir video konferans aracılığıyla diğerleriyle birleştirecek:

• Her Masterclass Enstitüsü sonuçlarını kısaca sunacak.
• Moderatörler sonuçları birleştirip bir kütle grafiği gösterecekler.
• Daha sonra LHC nasıl çalışır, parçacık fizikçileri eğlenmek için neler yaparlar gibi sorularınızı sorabileceğiniz bir soru cevap kısmı olacak.