Introduktion LHC øvelse med Z0 og W± events Hands on Particle Physics Jørgen Beck Hansen Niels Bohr Institutet Introduktion LHC øvelse med Z0 og W± events

Øvelse i partikelfysik Øvelsen består i at bestemme og klassificere henfald af Z0 partikler W± partikler i ATLAS ved LHC Til øvelsen studeres data fra P+P kollisioner fra LHC 3D billeder af detektorerne Mere avancerede øvelser kan også findes på world-wide- web http://atlas.physicsmasterclasses.org/dk/index.htm Øvelsen i dag laves ved computere i grupper af 2-3 personer Øvelsen kan også laves i fællesskab i en klasse ved brug af ”clickers” hvor elever sættes sammen 2 og 2…

Hvordan detekterer man partikler Spor detektor Måler ladning og impuls af ladede partikler i et magnetfelt Elektro-magnetisk kalorimeter Måler energien af elektroner, positroner og fotoner Hadronisk kalorimeter Måler energien af hadroner (partikler lavet af kvarker), som protoner, neutroner, pioner, osv. Neutrinoer efterlader ingen signaler. De kan “ses” indirekte via ‘manglende’ impuls, p eller pT. Muon detektor Måler ladning og impuls af muoner

Stråling og stof

Spordetektorer Måler ladning og impuls af ladede partikler fra deres krumning i et magnetfelt:

Kalorimetre Kalorimetre måler den totale energi af partikler, ladede som neutrale. Det er opdelt i to lag Det første er det ”elektro-magnetiske” kalorimeter Det andet er det hadroniske kalorimeter

Elektro-magnetiske kalorimeter Måler partikler som vekselvirker med den elektromagnetiske kraft Såsom: elektron, positron, foton.

Hadroniske kalorimeter Måler partikler som vekselvirker med den stærke kraft Hovedsageligt partikler der består af kvarker (hadroner) – ses som regel som JETS

Myon-kamre Myoner er meget gennemtrængende. De passerer begge kalorimetre og afsætter et signal i de yderste detektorer.

ATLAS detektoren ved LHC Vi vil se på data fra en stor detektor, ATLAS, der kan måle alle partiklerne som skabes i en Proton-Proton kollision ved LHC.

ATLAS Detektor Animation (.swf) must be in same folder or directory as this (.ppt) presentation. It may not work on all computers: please test. If it does not, please hide this slide and unhide slides 6 and 7 (static diagrams) to replace.

barrel end-caps For at ingen partikler skal undslippe detektion er detektoren bygget næsten hermetisk

Endcap + barrel = alle

Øvelsen

Introduktion til ATLAS øvelsen Øvelsen (bruger simulerede data) Identificer elektroner, muoner, neutrinoer i ATLAS detektoren Atlantis visualiserings programmmet Type af Begivenheder (“partikler produceret i een kollision”)‏ We W Zee Z Baggrund fra jet produktion (som ser lidt ud som W or Z event) Spørgsmål: henfalder W or Z lige ofte til elektroner or muoner? Een af beginvenhederne er en kollision med en Higgs- partikel, Higgs henfald: Heeee, H, eller Hee Kan I finde den????

µ- µ+ e- e+ Z bosonen er neutral henfalder bl.a. til leptoner Z Z Si her: grupperte/klassifiserte de forskjellige type partiklene i materiepartikler og kraftformidlende partikler. Leptonene og kvarkene hører til under materiepartiklene, mens fotonet gluonet, z og w partiklene tilhører de kraftformidlende partiklene. Fordi de forskjellige partiklene kjenner de forskjellige kreftene forskjellige oppfører de seg også forskjellig

νμ µ+ e- νe W bosonen er ladet (+ eller -) og henfalder bl.a. til leptoner+neutrinoer νμ µ+ W+ νe e- W- Si her: grupperte/klassifiserte de forskjellige type partiklene i materiepartikler og kraftformidlende partikler. Leptonene og kvarkene hører til under materiepartiklene, mens fotonet gluonet, z og w partiklene tilhører de kraftformidlende partiklene. Fordi de forskjellige partiklene kjenner de forskjellige kreftene forskjellige oppfører de seg også forskjellig

Higgs-bosonen Higgs bosonen er neutral og kan, hvis den er tung nok, henfalde til 2 Z bosoner, som så hver kan henfalde til et lepton-par Første skridt mod at kunne finde Higgs-partiklen er Z bosonen H Z Si her: grupperte/klassifiserte de forskjellige type partiklene i materiepartikler og kraftformidlende partikler. Leptonene og kvarkene hører til under materiepartiklene, mens fotonet gluonet, z og w partiklene tilhører de kraftformidlende partiklene. Fordi de forskjellige partiklene kjenner de forskjellige kreftene forskjellige oppfører de seg også forskjellig

Spor detektor (mange under-systemer)‏ Elektro-magnetisk kalorimeter Detalje Ikke ALLE partikler måles - mange går tabt i den “forlæns” region (beam-røret) Derfor fokuseres på den “sidelæns” komponent – x-y planet Spor detektor (mange under-systemer)‏ Elektro-magnetisk kalorimeter Hadronisk kalorimeter Muon detektor Masterclass 2009

flyt pointer til sporet og klik på det Det valgte spor bliver gråt Tykkelsen svarer til størrelsen af ETmiss Eksempel: We Neutrino måles indirekte vha. Impulsbevarelse i x-y (ETmiss > 10GeV) Elektron sporet har stor “sidelæns” eller transvers impuls (pT>10GeV)‏ klik på ‘pick’ flyt pointer til sporet og klik på det Det valgte spor bliver gråt pT vises her Typisk står elektronen og ETmiss ‘ryg-mod-ryg’ i end- view’et Elektron identifikation Energi i det elektromagnetiske kalorimeter Spor i spor-detektoren (foran EM kalorimeter) Intet i andre detektordele Masterclass 2009

Spor i spor-detektoren Muon identification Myon identifikation Spor i myon detektoren Muon identification Track in muon detector Spor i spor-detektoren Muon identification Eksempel: W Karakteristika: Stor manglende “sidelæns” energi (ETmiss > 10 GeV) 1 muon-spor med høj “sidelæns” impuls(pT>10GeV)‏ Masterclass 2009

2 elektroner i begivenheden Example: Zee karakteristika: 2 elektroner i begivenheden Her ses også nogle andre spor med lav impuls fra kollisionsfragmenter Example: Zee Example: Zee Characteristics: 2 electrons in the event Masterclass 2009

Indeholder ikke We, W, Zee, Z Eksempel: Baggrund Karakteristika: Indeholder ikke We, W, Zee, Z Hyppigst bliver bundter af partikler (jets) produceret Energiafsætning i både elektromagnetisk og hadronisk kalorimeter Adskillelige ekstra spor fundet som tilhører jets Masterclass 2009

Efter begivenhed er identificeret: Kryds af i resultat-skema og tryk på 'Next' for at gå til næste begivenhed!  Masterclass 2010

Eksempler I Atlantis/Minerva…

Hvad ser du? Nogen tegn på elektroner eller myoner? Manglende energi? Hvilken slags begivenhed kunne det være?

Hvad ser du? Nogen tegn på elektroner eller myoner? Manglende energi? Hvilken slags begivenhed kunne det være?

ATLAS Øvelse: lad os starte! Vi skal inddele begivenheder i 5 kategorier Zee, Z, We, W og jet baggrund BEMÆRK: I virkeligheden er der langt flere baggrunds- begivenheder end her Efter at have besluttet hvad den er, kryds relevant boks Kun et kryds per begivenhed! Efter 20 begivenheder er I færdige! Tæl sammen og fortæl senere resultatet Til sidst tæller vi det hele sammen of finder forholdene We/W Zee/Z Forholdet mellem W og Z produktion. Tilsidst prøver I at jage Higgs-partiklen… Masterclass 2009