Identificazione delle particelle

Per potere analizzare gli eventi di collisione protone-protone visualizzati dal programma devi essere in grado di riconoscere elettroni (e positroni), muoni (e anti-muoni), neutrini, adroni e jet. Troverai chiarimenti in merito in questa pagina sotto forma di una galleria di immagini.



  • Questa segnatura sperimentale è generata da un elettrone. La particella ha lasciato una traccia (in rosso) nel rivelatore interno (e quindi trasporta una carica elettrica non nulla) ed ha rilasciato tutta la sua energia all'interno del calorimetro elettromagnetico. Le scatolette gialle nelle strutture verdi che rappresentano il calorimetro elettromagnetico sono i depositi di energia. Non si osservano depositi di energia nel calorimetro adronico nè segnali nelle camere a muoni: si tratta quindi di un elettrone o di un positrone.
  • Questo è lo stesso evento visto in sezione. La traccia attraversa tutti e tre i rivelatori interni e si riconoscono facilmente le scatoline gialle corrispondenti ai depositi di energia nel calorimetro elettromagnetico.
  • Questo è lo stesso evento visto lateralmente. Combinando vista laterale e vista in sezione (un ottimo esercizio mentale!) si ottiene la visione tridimensionale dell'evento.
  • Come si decide, se si tratta di un elettrone o di un positrone? La barra degli strumenti di MINERVA contiene il simbolo con l'indice puntato. Selezionandolo e cliccando sulla traccia appariranno delle informazioni nella finestra in basso a destra. Tra queste, i valori delle tre componenti della quantità di moto (Px, Py, Pz) e il valore del momento trasverso (PT), come puoi vedere nella prossima immagine.
  • L’ultima riga contiene l’informazione sulla natura della carica elettrica della particella corrispondente alla traccia selezionata (nell’esempio Carica: -1). “-1” significa che la particella ha una carica elettrica negativa. “1” significa l’opposto. Nel caso considerato possiamo identificare la particella come elettrone.


  • In questo evento vediamo una traccia (arancione) nel rivelatore interno, con poca energia associata in entrambi i calorimetri elettromagnetico ed adronico (piccole scatole gialle nelle strutture verde chiaro e rossa), e piccole tracce (arancioni) nelle camere a muoni. Si tratta di un muone (o di un anti-muone) che è la sola particella che rilascia segnali in tutti gli strati del rivelatore.
  • In questa vista allargata si vedono chiaramente le tracce arancioni nelle camere a muoni.
  • Nella vista laterale i segnali nelle camere a muoni sono rappresentati da croci arancioni. Tutte le croci in una camera sono collegate tra loro da una riga arancione, che rappresenta simbolicamente il tracciato del muone nella camera stessa. Collegando idealmente tra loro tutte le tracce arancioni visualizzerete il cammino del muone attraverso lo strato esterno del rivelatore ATLAS.
  • Muone o anti-muone? La stessa procedura che abbiamo descritto per elettrone /positrone ci dà il risultato: in questa raffigurazione dell’evento è rappresentato il muone (Carica -1).


  • Come si riconosce un neutrino? I neutrini non interagiscono con nessuna componente dell'apparato sperimentale di ATLAS. Non interagiscono con i rivelatori di traccia, nè con i calorimetri, nè con le camere a muoni. Come possiamo rivelare qualcosa che non vediamo? Poiché quark e gluoni si muovono lungo l'asse del fascio prima della collisione protone-protone con una componente nulla della velocità trasversalmente al fascio, il momento trasverso totale iniziale è nullo. La conservazione della quantità di moto ci dice allora che anche dopo la collisione il momento trasverso totale deve essere nullo. Se la misura fornisce un momento trasverso totale non nullo, vuol dire che qualche particella dello stato finale non è stata rivelata o non è stata misurata correttamente. I neutrini escono dal rivelatore senza essere rivelati e causano l'osservazione di un momento trasverso non nullo pari al proprio momento trasverso e diretto dalla parte opposta. Il momento trasverso non rivelato viene chiamato momento trasverso mancante.
  • Nel rivelatore di ATLAS il momento trasverso mancante viene determinato usando l'energia depositata nei calorimetri. Quando si osserva uno sbilanciamento nella distribuzione di questa energia - detta energia trasversa mancante (Missing ET) - questo suggerisce la presenza di un neutrino tra i prodotti della collisione. Ci sono due modi di osservarlo in MINERVA: 1. dal valore della Missing ET che compare in alto a destra nel display dell'evento all'interno di un rettangolo grigio, 2. dalla riga rossa tratteggiata nella vista in sezione. Questa linea indica la direzione dello sbilanciamento in energia mentre il suo spessore dipende dal valore dell'energia trasversa mancante.
  • In questo evento vengono prodotti praticamente solo un elettrone ed un neutrino e a causa della conservazione della quantità di moto i loro momenti trasversi si bilanciano quasi perfettamente e sono diretti in direzioni quasi opposte. L'energia mancante viene valutata con l'aiuto del display e rappresentata nella direzione dell'impulso trasverso del neutrino. Una riga tratteggiata rossa e spessa indica sempre l'esistenza di una o più particelle invisibili, ovvero i neutrini. Valori inferiori di impulsi trasversi mancanti (10-20 GeV, righe tratteggiate meno spesse) possono anche essere dovuti alle incertezze sperimentali nella misura dell'energia.


  • In questo display vengono mostrati i cosìddetti jet. Ogni jet consiste in un fiotto di molte particelle. Le particelle elettricamente cariche producono tracce nel rivelatore interno, quelle neutre no. Estrapolando le tracce nei calorimetri si trovano molti depositi di energia. Altri, non associabili a tracce, sono prodotti da particelle elettricamente neutre. I calorimetri adronici, in particolare, possono avere molta energia depositata. Ogni jet è il risultato di un gluone, quark o antiquark emesso da un protone nella collisione. Molta energia è in gioco per superare le forze di legame e parte di questa è usata per creare nuove coppie quark-antiquark che si muovono in una direzione vicina e che si associano tra loro per formare nuove particelle - gli adroni. Queste generano i jet, mostrati con uno sfondo grigio per facilitarne il riconoscimento in questa immagine.
  • Ricordati: fiotti di particelle che formano tracce nel rivelatore interno, hanno energia associata nel calorimetro elettromagnetico e, soprattutto, in quello adronico, possono essere ricondotte a quark, antiquark, e gluoni, e sono dette jet.