Skylant W ar Z bozonams atsiranda dvi dalelės vadinamos leptonais. Elektronai, miuonai ir neutrinai yra leptonai. Taip pat ir jų antidalelės yra leptonai.

Kadangi Z bozonas turi 0 elektrinį krūvį, jis gali skilti į du priešingo elektrinio krūvio leptonus, pavyzdžiui, į elektroną (e^–) ir pozitroną (e⁺). W bozono elektrinis krūvis yra +1 arba –1, todėl W bozonai gali skilti į elektroną ar miuoną kartu su neutrinu, kuris neturi elektrinio krūvio. Šis pasakojimas gerokai gilesnis... bet kol kas tiek pakanka.

Kai W⁺ arba W^– susidaro dviejų protonų susidūrime, CMS viduje, jis praktiškai iškart skyla. Du leptonai (elektronas arba miuonas ir atitinkamos rūšies neutrinas) iškeliauja iš susidūrimo taško, toldami nuo protonų judėjimo ašies, į patį detektorių. Elektronai ir miuonai yra stebimi kaip pėdsakai vidiniame detektoriuje, kurį vadiname „pėdsakeriu“. Trajektorijos (dar vadinamos „pėdsakais“) išlinksta stipriame CMS solenoido magnetiniame lauke: teigiamą krūvį turinčios dalelės trajektorija išlinksta pagal laikrodžio rodyklę, o neigiamo krūvio dalelės trajektorija – prieš laikrodžio rodyklę, kai ekrane stebima įvykio x-y projekcija. Neutrinai nėra registruojami, tačiau trūkstamas dalelių sistemos judesio kiekis yra vaizduojamas kaip violetinis pėdsakas ir paprastai priskiriamas neutrinui.

Spustelėkite paveikslėlį kairėje, kad jį padidintumėte ir galėtumėte atidžiau apžiūrėti. Ar galite pastebėti „trūkstamo judesio kiekio“ vektorių kiekviename iš šių įvykių? Kiekviename įvykyje atidžiai pažiūrėkite į kito pėdsako išlinkimą. Kuris įvykis labiausiai atitinka W + skilimą? W – skilimą? Trumpas žalias pėdsakas A įvykyje nurodo elektroną. Ilgesnis raudonas pėdsakas B įvykyje, kuris prasiskverbia iki raudonų blokų, nurodo miuoną.

Kai Z bozonas susidaro, jis taip pat praktiškai iškart skyla. Čia du leptonai yra arba miuonų pora (μ^–μ⁺), arba elektronų pora (e^–e⁺). Neutrinas nesusidaro, todėl neturėtų būti jokio trūkstamo judesio kiekio. Praktiškai, vieno susidūrimo („įvykio“) metu įvyksta daug procesų ir detektorius gali kažką praleisti, todėl nedidelis judesio kiekio trūkumas yra įmanomas.

Spustelėkite paveikslėlį kairėje, kad jį padidintumėte ir galėtumėte atidžiau apžiūrėti. Kuris įvykis labiausiai atitinka Z bozono skilimą į miuonus? Į elektronus? Kuris galėtų būti W bozono įvykis? Kaip galite atskirti W kandidatą nuo Z kandidato su trūkstamu judesio kiekiu

Keturių leptonų įvykius galima gauti keliais būdais. Mus domina du atvejai:

• Higsas skyla į du Z bozonus. Z bozonai skyla į leptonus, kaip aprašyta aukščiau, taigi gauname 4 leptonų pėdsakus: dvi miuonų poras (2 × μ^–μ⁺), dvi elektronų poras (2 × e^–e⁺), arba vieną miuonų ir vieną elektronų porą (μ^–μ⁺e^–e⁺).
• Kitos dalelių kombinacijos, kurias galbūt rasite duomenyse.

Spustelėkite paveikslėlį kairėje, kad jį padidintumėte ir galėtumėte atidžiau apžiūrėti. Abu įvykiai yra Higso kandidatai. Viename iš jų yra du fotonai (du žali energijos stulpai ECAL detektoriuje be jokių atitinkamų pėdsakų). Kitame – galimas Higso skilimas į du Z bozonus. Kaip manote, kuris yra kuris?

Kiekviename įvykyje protonų judėjimo ašis (angl. „beamline“) yra išilgai tinkleliais vaizduojamų ECAL ir HCAL cilindrų bendros ašies. Kuris yra geresnis W kandidatas? Ar kitas kandidatas yra dviejų leptonų, keturių leptonų ar net kitoks įvykis? Kurioje vietoje susiduria protonai, o kurioje vietoje susidariusi dalelė skyla?

Prieš pradedant

Jeigu nesate susipažinę su iSpy ir CIMA:

• Eikite į „Įvado“ puslapį.
• Remkitės įrašyta ekrano sesija, skirta iSpy ir CIMA, bei CMS pamokos dokumentacija (anglų kalba).
• Paklauskite savo mentoriaus ar mokytojo.

Įvykių analizė

Darbui turėsite:

• Įvykių peržiūros programą:
  • „Klasikinis“ iSpy-webgl skirtas 2 leptonų įvykių analizei
  • Atnaujintas iSpy skirtas 2 ir 4 leptonų įvykių analizei (rekomenduojama tarptautinėms meistriškumo pamokoms)
• CMS Instrumentą Meistriškumo pamokos Analizei:
  • „Klasikinis“ CIMA skirtas 2 leptonų įvykių analizei
  • Atnaujintas CIMA skirtas 2 ir 4 leptonų analizei (rekomenduojama tarptautinėms meistriškumo pamokoms)
• Kolegą

Jūs su kolega tiriate pavaizduotą įvykį, jį interpretuojate ir naudojate CIMA aplinką stebėjimų užrašymui. CIMA aplinka padės jums rasti pagrindinius santykius ir sudaryti dalelių kandidatų masės histogramas. Jūsų mentorius padeda visai grupei suprasti rezultatus prieš juos nusiunčiant vaizdo konferencijos moderatoriams.

Jūs su kolega turėsite ištirti 100 įvykių. Atlikdami stebėjimus klauskite:

• Ar stebimieji leptonų pėdsakai yra miuonų ar elektronų?
• Ar tai 1, 2 ar 4 leptonų įvykis? O gal tai kitoks (angl. „zoo“) įvykis?
• Jei tai vieno leptono įvykis, ar tai W⁺ ar W^–? kandidatas?
• Jei tai dviejų leptonų įvykis, ar galite identifikuoti du leptonų pėdsakus ir juos panaudoti motininės dalelės invariantinės masės skaičiavimui?
• Jei labiau tikėtina, kad tai 4 leptonų įvykis, ar galite identifikuoti keturių leptonų pėdsakus ir pabandyti juos panaudoti galimos motininės dalelės invariantinės masės radimui?

Bus vietos viso to užrašymui CIMA aplinkoje.


Rezultatai

Jūsų mentorius padės apjungti visų studentų rezultatus, kad meistriškumo pamokos institucija gautų šią bendrą informaciją:

• W/Z įvykių santykį (ne taip paprasta kaip atrodo).
• W⁺/W^– įvykių santykį.
• e/μ įvykių santykį.
• Z bozono masę ir kitų, panašiai skylančių, dalelių masę iš statistinės informacijos apjungimo dviejų leptonų masės grafike.
• motininių dalelių, iš kurių kilo keturių leptonų įvykiai, mases bei galimas jų tapatybes

Jūsų CMS meistriškumo pamokos institucija kartu su kitomis tarptautinės pamokos institucijomis dalyvaus vaizdo konferencijoje. Vaizdo konferencijos veiklos yra tokios:

• Kiekviena meistriškumo pamokos institucija pateiks savo rezultatus aptarimui.
• Moderatoriai apjungs visų institucijų duomenis ir parodys bendrą masės grafiką.
• Klausimų ir atsakymų sesija, kurioje galite klausti visko: pradedant klausimu „kaip veikia LHC?“ ir baigiant – „ką elementariųjų dalelių fizikas veikia laisvalaikiu?“.