International Physics Masterclasses

At søge og opdage med masse

I dette afsnit bliver du bekendt med resten af de værktøjer du behøver for at kunne fortsætte arbejdet, nemlig de fysiske og matematiske teknikker der bruges. Ved hjælp af dem kan du genopdage Z bosonen og andre kendte partikler, lede efter Higgs bosonen, og sidst, men ikke mindst, lede efter det ukendte!

Det trick du skal bruge for at være ret sikker på at der virkelig blev skabt en ny partikel i kollisionen er ikke blot at genkende dens henfaldsprodukter, som f.eks. et myon-antimyon eller et elektron-positron par, men også at rekonstruere massen af partiklen der henfaldt.

Masse er nemlig en egenskab ved partiklen, som sammen med andre egenskaber kan bruges til at identificere den entydigt.

For at forstå hvordan man rekonstruerer en masse skal du vide hvad eV (elektronvolt) er, hvad impuls er og hvad en vektor er. Hvis du har brug for flere detaljer så gå til Energienheder, Impuls or Vektorer.

Vi benytter Einsteins masse-energi formel i en mere fuldstændig form og omskriver den ved hjælp af nogle fundamentale naturlove: energi og impuls er bevarede i enhver proces i naturen. De samlede værdier før og efter kollisionen eller henfaldet er derfor de samme.

I næste afsnit forklarer vi en nyttig relation som tillader os at finde massen af en moderpartikel blot vi kender nogle parametre.

Relationen ser således ud for en Z boson, som henfalder til e+e-:

I denne smukke formel betyder m massen, E, energien, p impulsen og c er lysets fart. Superscript e og Z betyder henholdsvis elektron og Z boson.

Og hvordan leder man så efter Higgs bosonen? Idet henfaldet af en Standard Model Higgs boson til elektron- eller myon par sker med meget lille sandsynlighed, er det bedre at lede efter den i to-foton og 4-lepton begivenheder.

For H→γγ bruger du bare formlen ovenfor hvor Z erstattes med H og e med γ.

For H→llll bruger du bare formlen ovenfor, hvor du i stedet for at lægge energier og impulser for to partikler sammen, gør det for de fire leptoner. Resultatet bliver massen af moderpartiklen i stedet for Z. Ret enkelt, ikke?

Gå til næste afsnit for at lære mere!