International Physics Masterclasses

Hledejte a objevujte pomocí hmotnosti

V této kapitole se seznámíte s posledními z nástrojů potřebných k tomu, abyste se mohli pustit do práce, totiž s používanými fyzikálními metodami a matematickými technikami. S jejich pomocí dokážete znovu objevit boson Z a další již známé částice, hledat Higgsův boson, ale můžete proniknout i za hranice dosud poznaného!

Trik, který burdete používat, abyste se ujistili o tom, že při srážce skutečně vznikla určitá částice, spočívá v tom, že nebudete jenom určovat jeho rozpadové produkty jako páry mion-antimion, elektron-pozitron nebo foton-foton, ale budete také rekonstruovat hmotnost rozpadající se částice.

Hmotnost je totiž unikátní vlastností každé částice a lze ji, spolu s dalšími vlastnotmi, využít k její jednoznačné identifikaci.

Abyste pochopili, jak rekonstruovat hmotnost, potřebujete vědět, co je to elektronvolt (eV), co je hybnost a co je vektor. Můžete se o tom poučit v odkazech Jednotky energie, Hybnost a Vektory.

Použijeme obecnější formu Einsteinova vztahu mezi hmotností a energií a budeme ji upravovat s využitím některých základních přírodních zákonů: Energie a hybnost se při jakémkoli procesu v přírodě zachovávají. Jejich celková hodnota před srážkou a po ní musí být stejná.

V následující kapitole vysvětlíme užitečnou formuli umožňující vypočítat hmotnost “mateřské” rozpadající se částice pomocí určitých veličin charakterizujících rozpadové produkty.

Pro případ rozpadu bosonu Z na e+e- vypadá tato formule takto:

V této úhledné formuli označuje m0 hmotnost, E energii, p hybnost a c je rychlost světla. Indexy e a Z znamenají, že daná veličina se vztahuje k elektronu resp. bosonu Z.

Jak postupovat při pátrání po Higgsově bosonu? Pravděpodobnost rozpadu Higgsova bosonu na elektronový nebo mionový pár je podle standardního modelu velmi malá, takže je vhodnější využít k tomu dvojic fotonů nebo událostí se 4 leptony.

Pro rozpady H→γγ tedy stačí použít shora uvedenou formuli, kde zaměníme Z za H a e za γ. A je to!

Pro H→llll lze opět použít naši formuli, pouze místo dvojic částic je třeba sčítat energie a hybnosti čtyř leptonů a “mateřskou” částici označit H, nikoli Z. Prosté, že?

V následující kapitole se dovíte víc!