Allgemeine Bemerkungen
Linke Ansicht: die Queransicht, die Fläche, die quer zu den kollidierenden Strahlen steht. Hier ist nur das zentrale Element des ATLAS-Detektors sichtbar. Folglich erscheinen Spuren, die sich in die Vorwärtsrichtung bewegen, verkürzt (da sie von einigen der äusseren Teile des Detektors nicht erfasst werden).
Rechte Ansicht: Seitenansicht, Projektion entlang der Richtung der kollidierenden Strahlen. Alle Teile des ATLAS-Detektors (zentrales Element und Endkappen) sind in dieser Ansicht sichtbar und alle Spuren werden erfasst. Bei der Linie ρ=0 Zentimeter zirkulieren die Protonen; folglich gibt es keine Detektoren nahe an dieser Linie, da sie von der Strahlung in Mitleidenschaft gezogen würden. Beide Ansichten können separat mit den Zoom-Schiebern gezoomt werden.
TEIL I: Ansicht von Ereignissen
Blättere mit den Tasten "Nächstes Ereignis" und "Vorheriges Ereignis" durch verschiedene Ereignisse. Dabei kannst du in jeder Ansicht die Anzahl Spuren pro Ereignis und ihre Verteilung beobachten.
Frage: In welcher der Ansichten denkst du, dass der Impuls bewahrt wird?
TEIL II: Arbeiten mit einzelnen Teilchen - unterscheide Elektronen von Myonen
Hier wirst du verschiedene Arten von Spuren vergleichen. Wie bereits erklärt wurde, sollten die Myonen die Myonendetektoren (die blauen Kammern) in mindestens einer der Ansichten erreichen. Die Elektronen sollten in den elektromagnetischen Kalorimetern (grüner Ring) eintreffen und dort in mindestens einer der Ansichten beträchtliche Mengen an Energie (gelbe Markierungen) abgeben.
Stelle eine Tabelle mit mindestens 10 Elektronen und 10 Myonen mit ihrer Ereignisnummer, pT, ihrem Zeichen (das du in der zweiten Spalte der Spuren-Tabelle finden) und ihrem Winkel auf.
Frage: Probiere aus, was die Schnitt-Taste macht. Was geschieht, wenn du die p-Schwelle erhöhst? Erkläre, warum.
TEIL III: Entdeckung/Rekonstruktion des Z0 Teilchens
Kombiniere die Zerfallsprodukte, um unsichtbare Teilchen zu beobachten und zu messen
Wenn du zwei oder mehr Teilchenspuren im Detektor siehst, könnte es sein, dass die Spuren, die in einem Ereignis vom gleichen Punkt ausgehen, (den wir "VERTEX" nennen werden), zu einem ursprünglichen Teilchen gehören, das in diese Spuren zerfiel. Um diese Hypothese zu überprüfen, muss man die "unveränderliche Masse" des ursprünglichen Teilchens errechnen und nachforschen, ob diese Zerfallsprodukte vom gleichen Teilchen kamen. Mit anderen Worten: du sollst erforschen, ob die Produkte, in diesem Fall die zwei Myonen oder zwei Elektronen, zum Zerfall des Z0 Teilchens gehören, das eine Masse von ungefähr 91 GeV hat.
Zu diesem Zweck muss man zwei Myonen oder zwei Elektronen finden, indem man den Anweisungen von Teil II folgt. Mit der zweimal benutzten "Elektron einfügen" oder "Myon einfügen" Taste kann man sie in der Tabelle der unveränderlichen Masse einsetzen, in der der Wert der unveränderlichen Masse automatisch errechnet wird. Er erscheint dann in Spalte mll. Wenn die unveränderliche Masse von einer Kombination aus zwei Elektronen gebildet wird, steht ein 'e' in der letzten Spalte. Wenn sie von einer Kombination aus zwei Myonen gebildet wird, steht ein μ in der letzten Spalte. Kombinationen mit einen Elektronen und einem Myon sind nicht erlaubt, weil sie Leptonzahlerhaltung verletzen. Du kannst Spuren auch mit der Taste "Spuren löschen" löschen und sie mit anderen Spuren ersetzen.
Frage 1: Errechne die unveränderliche Masse von zwei Spuren mit der analytischen Formel für zwei Teilchen. Dafür reicht es, den Impulswert in eine Excel-Datei zu kopieren. Überprüfe die Resultate mit den Ergebnissen aus der Tabelle der unveränderlichen Masse.
Frage 2: Müssen für die Rekonstruktion der Masse von Z0 Spuren mit gleichem oder gegensätzlichem Zeichen gewählt werden?
Frage 3: Wie kann man eine Kombination aus zwei Elektronen oder zwei Myonen vom Hintergrund unterscheiden?
Frage 4:Wie nah an 91 GeV muss mll sein, damit du sicher sein kannst das Z0 Teilchen entdeckt zu haben?
TEIL IV: Histogramme - Messung der Breite
Erstelle Histogramme der wiederhergestellten Massen von Z0 separat für diejenigen, welche in ein Paar Elektronen zerfallen (dazu das mee Histogramm-Tab anklicken) verfallen und diejenigen, die ein Paar Myonen zerfallen (dazu das mμμHistogramm-Tab anklicken) in der Histogrammtabelle. Notiere den Mittelwert und den Effektivwert jedes Histogramms.
Frage 1: Sind die Massen (Mittelwerte) mee und mμμgleich?
Frage 2: Ist die Masse, die du ermittelt hast nahe am Nominalwert? Schau in der Teilchenangaben-Broschüre oder Tabellen an deiner Schule oder im Netz nach, um zu erfahren, was die Masse und die Breite von Z0 sind.
Frage 3: Sind die Breiten der Elektronen und der Myonen gleich? Die Breite, die du misst, kann vom Effektivwert des Histogramms als Γ= 2.35*rms errechnet werden.
TEIL V - Entdecke das Higgs-Teilchen
Die am einfachsten zu findenden Zerfallsprodukte des Higgs boson sind die zwei Z0 Teilchen, nämlich vier Myonen oder vier Elektronen oder zwei Myonen plus zwei Elektronen. Benutze dafür die Tabelle der unveränderlichen Masse aber indem du vier Spuren eingibst. Du solltest die vier Spuren, von denen du denkst, dass sie möglicherweise vom Zerfall eines Higgs-Bosons stammen, auswählen und in diese Tabelle einsetzen. Dann wird die unveränderliche Masse mit vier Teilchen in der mllll Spalte errechnet. Wenn dir die unveränderliche Masse einer bestimmten Kombination von vier Spuren nicht "passt", kannst du eine bis vier Spuren mit anderen ersetzen. Die Tabelle wird automatisch aktualisiert und zeigt dir die neue unveränderliche Masse in der entsprechenden Spalte. Wenn das Higgs-Boson existiert und wenn du die richtigen Spuren ausgesucht hast, sollte im mllll-Histogramm eine Ansammlung von Ereignissen um eine spezifische Masse zu sehen sein. Diese ist hoffentlich die Masse des Higgs-Bosons!!!
Frage: Wieviel sollte die Summe der Aufladungen der vier Leptonen betragen, von denen du denkst, dass sie zum Higgs-Boson gehören?
TEIL VI - Massiv Ereignisse-Verarbeitung mit Verwendung von grossen Ereignissengruppen (mehr als 10 000)
Utersuchen Sie bitte die Histogrammen und wählen die geeigneten Parameter aus, um das Signal (spaltung bosons Higgs) vom Hintegrund zu unterschieden.