Introduktion LHC øvelse med Z 0 og W ± events

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

2. 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 idag 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…

3. 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

4. Stråling og stof

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

6. Kalorimetre • Kalorimetre måler den totale energi af partikler, ladede som neutrale. • 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

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

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

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

10. 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.

11. ATLAS Detektor

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

13. Endcap +barrel = alle

14. Øvelsen

15. 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????

16. µ- Z µ+ e- Z e+ Z bosonen er neutral henfalder bl.a. til leptoner

17. νμ W+ µ+ e- W- νe W bosonen er ladet (+ eller -) og henfalder bl.a. til leptoner+neutrinoer

18. 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 Higgs-bosonen Z H Z

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

20. 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 Tykkelsen svarer til størrelsen af ETmiss • Elektron identifikation • Energi i det elektromagnetiske kalorimeter • Spor i spor-detektoren(foran EM kalorimeter) • Intet i andre detektordele

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

22. 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

23. 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

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

25. Eksempler I Atlantis/Minerva…

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

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

28. 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…