Z-sporet
- Introduksjon av Z bosonet
- Introduksjon av Higgs-bosonet
-
Partikkel identifikasjon
- ATLAS detektoren
- Lek med ATLAS!
- Visualisering i HYPATIA
- Partikkel identifikasjon i praksis
- Øv!
- Event-identifikasjon
- Søk og oppdag med masserekonstruksjon
- Sett igang!
Opplysnings senter
Partikkel-identifikasjon i praksis
For å analysere proton-proton kollisjoner visualisert i HYPATIA må du vite hvordan du kan identifisere partikler og kunne skille forskjellige partikkeltyper i detektoren. I dette avsnittet lærer du hvordan du kan identifisere elektroner (likeså positroner), myoner (og anti-myoner), fotoner, nøytrinoer og andre mer kompliserte partikler – hadroner som protonet - som ofte er produsert i “jets” – eller partikkelskurer.
Klikk på ikonene for å lære om identifikasjon av elektroner, myoner, fotoner, nøytrinoer og jets.
-
Signaturen er generert av et elektron. Partikkelen har etterlatt et spor (rødt) i innerdetektoren (derfor har den elektrisk ladning) og har avsatt all energien sin i det elektromagnetiske kalorimeteret siden det er bare der det er treff. Dette sees som gule små bokser i den lysegrønne strukturen som representerer det elektromagnetiske kalorimeteret. Siden det ikke er treff verken i det hadroniske kalorimeteret eller i myon-kammeret er dette et elektron eller et positron.
-
Samme eventet i endedisplay. Sporet gjennom alle tre innerdetektorer og de gule små boksene som angir avsatt energi i det elektromagnetiske kalorimeteret er lett gjenkjennelig.
-
Sidedisplayet viser det samme. Hvis du kombinerer side- og endeprojeksjonene vil du få et romlig inntrykk av eventet. Dette er utmerket trening for hjernen.
-
Hvordan kan du bestemme om dette er et elektron eller et positron? I verktøykassen til HYPATIA finner du en hånd med en pekende finger. Ved å klikke på denne kan du velge et spor i event displayet (igjen ved å klikke på det). Du vil da se informasjon i vinduet nede til høyre. Dette er informasjon som for eksempel målte verdier for de romlige komponentene av massefarten (Px, Py, Pz) og den transversale massefarten (PT). I det følgende bildet ser du informasjonen i dette displayet.
-
Fortegnet av PT-verdien (her et minustegn) viser hvilken elektrisk ladning som tilhører partikkelen som har laget sporet. Et negativt fortegn betyr at partikkelen har negativ ladning. Intet fortegn (eller et plusstegn) betyr at partikkelen har positiv ladning. Nå kan vi se at det er et elektron vi har i vårt event.
-
I dette eventdisplayet ser vi et spor (oransje) i innerdetektoren, små energiavsettinger i det elektromagnetiske såvel som det hadroniske kalorimeteret (begge angitt med gule små bokser i de lysegule og røde strukturene), og i myon kamrene (oransje). Det er et myon (eller et anti-myon) siden det er bare denne partikkelen som avsetter spor i alle lagene av detektoren.
-
I dette forstørrede utsnittet kan du tydelig se de oransje treffene i myon kamrene.
-
I sideprojeksjonen er de individuelle treffene i myon kamrene angitt med oransje kryss. Alle disse kryssene er forbundet med en oransje prikket linje som symboliserer sporet til partikkelen.
-
Myon eller anti-myon? Samme prosedyren som vi beskrev for elektron/positron gir resultatet. I dette eventdisplayet er det vist et myon (negativ fortegn).
-
I dette eventet er det masse spor (blå linjer) i Inner Detektoren. Det er også noe energi markert med gult, avsatt i det elektromagnetiske kalorimeteret (som er fargelagt lysegrønt). Dersom du velger "Physics Object" tabben kan du se at to objekter er blitt rekonstruert. De er markert som to gule "tårn" på utsiden av den røde strukturen. Det er vanskelig å avgjøre om eventet inneholder to elektroner eller to fotoner, så nøyere analyse må til.
-
Ved å kreve at sporenes pT er over 5 GeV forsvinner de fleste. Det eneste sporet som overlevde peker ikke til noen av objektene (gule tårn). Siden det ikke er noen energiske spor som peker direkte til objektene, er nok ikke dette elektroner eller positroner. Men vi har fortsatt mye energi i det elektromagnetiske kalorimeteret, så dette tyder på at vi har å gjøre med et di-foton event.
-
Ved å zoome inn på side-utsnittet, kan du se gule klustere i det elektromagnetiske kalorimeteret (øverst til høyre, og nederst i midten). Ved å kikke på "Physics Objects" tabben ser du at det er rekonstruert to objekter. Siden vi fra de tidligere bildene konkluderte med at dette ikke kan være elektroner eller positroner er det sannsynligvis fotoner. Vi kan dermed klikke på "Objects" og legge fotonene inn i invariant-masse tabellen.
-
Hvordan påviser man et nøytrino? Nøytrinoer reagerer ikke med en eneste av komponentene i ATLAS detektoren. De reagerer verken med spordetektoren, kalorimetrene eller myon kamrene. Hvordan kan vi da påvise noe som vi ikke kan se? Siden alle kvarker og gluoner beveger seg langs stråleretningen før proton-proton kollisjonen vil alle dens transversale komponenter av massefarten være null. På grunn av konservering av massefart må transversal massefart (den vektoriale summen av alle transversale massehastigheter) etter kollisjonen også være null. Hvis målingene ikke oppfyller dette kravet betyr det enten at usynlige partikler er produsert (f.eks. et eller flere nøytrinoer som balanserer transversal massefart til null) eller at partikler forlater ATLAS detektoren uten deteksjon av andre grunner.
-
I ATLAS detektoren vil den manglende transverale massefarten bli bestemt av energien som er avsatt i kalorimetrene. Når der er ubalanse i denne energifordelingen - som er kalt manglende transversal energi (Manglende ET) - indikerer dette at et nøytrino var produsert i kollisjonen. Der er to måter som HYPATIA viser dette: 1. Ved den manglende ET-verdien som du finner oppe til høyre i en grå ramme, og 2. ved den røde stiplede linjen i ende projeksjonen. Denne linjen gir det på den ene siden klart i hvilken retning ubalansen er, og tykkelsen av denne linjen gir på den andre siden et mål på hvor stor den manglende transversale energier er.
-
I dette eventet var bare et elektron og et nøytrino produsert. Derfor vil disse to partiklene dele transversal massefart likt mellom seg pga konservering av massefart. Derfor vil nøytrinoet bevege seg nesten motsatt av elektronet. Den manglende energien ser vi i event displayet stiplet i retningen til den manglende transversale massefarten. En tykk rød stiplet linje vil derfor alltid indikere at vi har en eller flere usynlige partikler, f.eks. nøytrinoer. Mindre verdier av manglende massefart rundt 10-20GeV (tynn rød prikket linje) kan også være forårsaket av usikre målinger.
-
I dette eventdisplayet ser du jets. Hver jet består av en samling av mange partikler. Mens de elektrisk ladde partiklene vil lage spor i innerdetektoren vil de nøytrale ikke gjøre det. Hvis du ekstrapolerer sporene ut til kalorimetrene vil du finne mange treff der. Andre treff ved siden av som ikke kan tilordnes spor vil være forårsaket av elektrisk nøytrale partikler. Spesielt i hadronkalorimetret vil det være mange treff. Dette er fordi enhver jet er produsert av et gluon, en kvark eller antikvark som sendes ut fra et proton i kollisjonen. Derfor er det store energimengder i arbeid for å bryte de sterke bindingskreftene. En del av denne energien brukes til å produsere nye kvark-antikvark par som beveger seg nesten i samme retningen og kobler seg til andre og derigjennom dannes nye partikler - såkalte hadroner. Disse genererer de jets som er vist med grå farge for lettere å gjenkjenne dem.
-
Husk: At partikler som sprer seg i vifteform, danner spor i innerdetektoren og har treff i det elektromagnestiske kalorimetret og spesielt hadron kalorimetret er forårsaket av kvarker, antikvarker og gluoner, og er kalt jets.
