W或Z 玻色子衰变后,将产生两个"轻 子"。"轻子"包括电子、μ子和中微 子，以及它 们的反粒子。Z玻色子所带电荷为 0，所以它就会衰变成一对电荷相 反的轻子（比如，正电子e+和负电 子e-）。 W玻色子所带电荷为+1或-1， 所以它只会衰变成单个电子或μ 子， 再放出一个不带电荷的中微子。 故事还没结束，但目前为止，以 上所说对我们而言已经够 用了。

• Higgs 衰变到两个Z玻色子.
• Higgs 衰变到两个轻子.

CMS内的质子-质子对撞机中产生一个 W+或W-粒子后，它们将迅速衰变。 产生的两个轻 子（电子或μ子，外加一个中微子 ）迅速从位于对撞束流附近的衰变 点飞出，进入分布在 周围的探测器。在内层探测器中， 电子和μ子的轨迹被记录下来。 在事例察看软件内，从 x-y视角观察，CMS内部的强磁场将带电 粒子轨迹弯曲成弧形，顺时针弯曲 代表着带正电荷 的粒子，逆时针则代表负电荷。中 微子不可被直接探测到，但是，事 例察看器内显示的紫色轨迹代表了 对撞过程中失踪的动 量，这通常归 功于中微子的出现。

为了看得更清楚，选中左侧图片， 将其放大。你可 以找到这个事例的 "失踪动量"对应的 箭头吗？观 察该事例中其他的粒子轨迹，你能 从弯曲方向中得 出它可能是从W+还是W-衰变而来的吗？ 在事例A中，绿色的短轨迹代表一个 电子。在事例 B中，红色的轨迹很长，而且穿透了 红色的方形区 域，这代表了μ子。

CMS中产生一个Z玻色子后，它也迅速 衰变了。在这里，它生成的两个轻 子不是一对正负μ 子就是一对正负电子。在这个过程 中没有中微子产生，所以理论上也 没有失踪的动量。但实际 上，任何一个事例都会有很多其他 过程发生，探测器本身也会丢失一 些粒子，所以如果出现一 些失踪的动量，这也很正常。

为了看得更清楚，选中左侧图片， 将其放大。这些图片 中，哪个最像是Z玻色子衰变到μ子 的情况？哪个像是 W玻色子事件？既然Z候选事例也有可 能存在失踪的动 量，那么你将如何区分W候选事例和 Z候选事例？

当在CMS中产生Z玻色子时，它也会很 快就衰变掉。这里，两个轻子或者 是\mu子对(μ-μ+) 或者 是电子对 (e-e+)。这个过程中没有中微 子产生，所以这个过程中也没有丢 失动量。实际上，在任何 事例中都会发生很多，而探测器不 可能探测到全部这些信息，所以在这种情况下发现一些丢失动量 也是有可能的。

选择左边的图像可以获得一个较大 版本来仔细检查。两者都是Higgs事例的 候选者。其中一个表示两个光子， 另一个表示Higgs衰变到两个Z玻色子（ 在这种情况下，每个 Z可能衰变到两个电子）。

对撞机中，对撞的粒子束流沿着电 磁量热器和强子量热器的圆柱体的轴 运动。你能分 辨上图中，哪个更像是W候选事例？ 哪个像是Z候选事例？在每个事例中 ，对撞和 衰变的具体位置在哪？

开始前

如果你还不熟悉 iSpy 和 CIMA:

• • 你可以点击介绍
• 也可以打开: screencast for iSpy and CIMA, CMS Masterclass Documentation.
• 与你的同伴合作

分析事例：

我们今后的工作将与如下事物打交道：

• 事件察看器 (iSpy-webgl)
• CMS Instrument for Masterclass Analysis (CIMA)
• 与你的同伴合作

大家将和同伴合作分析事件察看器中的 事例。首先判断事例类型，将观察结果 记录在表格 内。工作表格将帮助我们计算出关键反 应的分支比和Z候选粒子的质量。 我们得到的数据 由整个高级课程机构整合，自动导入到 柱状图控件中。指导教师们将在大家将 数据上传前 帮助大家理解所得的结论。

大家将和各自的同伴合作分析100个事例。 当你察看一个事例时，注意提出如下问 题

• 图上显示的轻子轨迹代表了电子还是μ 子？
• 这是一个W候选者还是一个Z候选者？还 是一个"四不像"？
• 如果它像是一个W，它是W+还是W-？
• 如果很有可能是Z粒子，你能够根据 两个轻子的轨迹计算出上级粒子的不 变质量吗？?
• 如果很有可能是希格斯粒子，它是4轻 子还是2光子呢

我们的表格中将留出相应的位置供大家 填写以上信息。


结论：

我们的指导教师将帮助同学 们整合大家的结果（来自1900个 事例），得出如下数据：

• 生成W粒子和生成Z粒子的分支 比（做起来不像它看起来那么 容易）。
• 生成W+和W-的分支比。
• 衰变成电子和μ子的分支比。
• Z粒子的质量和其他具有类似衰变的 粒子的质量的组合图
• 4轻子和2光子衰变的疑似希格斯事件 发生的次数

你们的CMS高级课程班将在一场视频 会议中与其他班级互动。视频会 议活动项目有：

• 每个高级研讨班研究所会简短的 报告其结果。
• 主持者会将所有研究所的数据收 集起来并展示一个合并的质量谱。
• 一个Q&A 会议期间你可以问任何问题 ，比如说从LHC是如何运行的到粒子 物理学家研究的 乐趣何在。