Document

Verval van
het Z-boson
Presentatie: Els Koffeman
Spreker:
Ivo van Vulpen
In Theorie:
‘krachten’ deeltjes
• foton
• Z boson
• W boson
• gluon
‘materie’ deeltjes
• 6 soorten quarks
• electron
• muon
• tau (of tau-lepton)
• neutrino’s
In Theorie:
electron + anti-electron
foton
deeltje + anti-deeltje
E=MC2!
Een Z0 weegt 90 GeV/c2 en
een electron maar 0.510 MeV /c2,
dus er is heel veel extra
kinetische energie nodig!
Of, bij voldoende energie:
electron + anti-electron
Of, bij nog meer energie:
electron + anti-electron
electron + anti-electron
Z0 – boson
deeltje + anti-deeltje
Een W+ of W- weegt 80 GeV /c2
W+ W- -boson
Z0 Z0 -boson
deeltje + anti-deeltje
deeltje + anti-deeltje
Niet voor vandaag…
In de praktijk:
De LEP operators vertellen ons:
electron
(van links)
anti-electron
(van rechts)
Wij detecteren:
deeltje (quark of lepton)
bijbehorend anti-deeltje
in een willekeurige richting
in tegenovergestelde richting
Z-bosonen die jullie gaan bekijken:
LEP
DELPHI
+
In de praktijk:
De krachten deeltjes dienen alleen als productie middel.
• Door een electron en een anti-electron te laten botsen
(annihileren) is er energie vrij voor de productie van allerlei
(exotische) deeltjes.
• Door de electronen en positronen zoveel energie te geven dat
ze ongeveer de energie (of massa) van een Z-boson hebben
bij een botsing ontstaat er een extra grote productie.
De geproduceerde materie deeltjes is wat we bestuderen.
• Quarks kunnen niet zonder elkaar: worden alleen waargenomen als hadronen
(quark+quark+quark, zoals bijvoorbeeld protonen) of als mesonen (quark+antiquark).
• Electronen en muonen zijn goed te detecteren
• Neutrinos zijn bijna niet te detecteren, hooguit door speciaal hiervoor ontworpen
neutrino-detectoren.
• En dan nog de taus…
dwarsdoorsnede
Electromagnetische Calorimeter
Hadronische Calorimeter
Muon kamers
Electromagnetische Calorimeter
Hadronische Calorimeter
Muon kamers
+
Ze e
Electromagnetische Calorimeter
X
X
Hadronische Calorimeter
Muon kamers
+
Z 
X
X
De tracker meet de
sporen die geladen
deeltjes achterlaten
De electro-magnetische
calorimeter meet de
energie van de deeltjes
Wat is dit?
geladen spoor + veel energie in de electro-magnetische calorimeter = electron!
en dat tweemaal, dus Z naar e+e-!
Waarom geen twee taus die beide naar electronen vervallen?
Taus verliezen veel van hun energies aan niet-gedetecteerde neutrinos.
Electromagnetische Calorimeter
Hadronische Calorimeter
Muon kamers
Zqq
De tracker meet veel
geladen deeltjes
De calorimeters
meten veel
verschillende deeltjes
Wat is dit?
Veel sporen + veel energie in de electro-magnetische en hadronische
calorimeter = quarks! En dat tweemaal, dus Z naar qq!
Waarom geen twee taus die beide naar electronen vervallen?
Taus vervallen naar 1 of 3 geladen deeltjes, dus niet veel sporen.
Electromagnetische Calorimeter
Hadronische Calorimeter
Muon kamers
+
Z 
electron + muon
X
X
Taus hebben een korte levensduur
van 2,9 10-17s en vervallen voor we
ze kunnen detecteren met een LEP
detector. Dus moeten we ze opsporen
aan de hand van de vervalsproducten.
   ( +   +  )
  e ( +  e +  )
  1 geladen hadron ( +  )
  3 geladen hadronen ( +  )
17%
17%
50%
15%
Electromagnetische Calorimeter
Hadronische Calorimeter
Muon kamers
+
Z 
Hadronisch(3) + muon
X
X
De tracker meet niet
heel veel geladen
deeltjes
De calorimeters
meten aan 1 kant
verschillende deeltjes
dus quarks
Aan de andere kant:
1 spoor, een beetje
Wat is dit?
energie
in de +
Aan de ene kant een muon (spoor + beetje energie in
de calorimeters
calorimeters en
muonkamer activiteit).
activiteit in de muon
Aan de andere kant iets met quarks, maar niet al teveel sporen.
kamers: een muon!
Dus een tau!
Samenvatting
• Ieder groepje analyseert 100 botsingen
• Per botsing: kies uit en tel
– Z vervalt naar 2 muonen
– Z vervalt naar 2 elektronen
– Z vervalt naar 2 tau deeltjes (die ook vervallen)
– Z vervalt naar 2 quarks
• Moeilijk ? Probeer vooral het aantal tau-deeltjes goed te
krijgen