desintegraciones del bosón w · busquemos el bosón de higgs entre otras cosas, el lhc se...
TRANSCRIPT
![Page 1: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/1.jpg)
Desintegraciones del bosón W
Preparación para el ejercicio práctico
Víctor Martín Lozano
(Diapositivas cedidas por David G. Cerdeño)
![Page 2: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/2.jpg)
Partículas fundamentales
![Page 3: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/3.jpg)
Mesones y Bariones
![Page 4: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/4.jpg)
![Page 5: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/5.jpg)
Ésta es la partícula que vamos a estudiar
![Page 6: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/6.jpg)
ATLAS
![Page 7: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/7.jpg)
Detectando las Partículas
Octante de la sección frontal del detector ATLAS
![Page 8: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/8.jpg)
Detectando las Partículas
Detector de trazas (detecta las partículas cargadas e±, µ±, π±, p)
Además las trazas de las partículas cargadas se curvan por la presencia de un intenso campo magnético
![Page 9: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/9.jpg)
Detectando las Partículas
Calorímetro electromagnético: e± y γ depositan toda su energía al interaccionar con las partículas de los átomos del material
![Page 10: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/10.jpg)
Detectando las Partículas
Calorímetro hadrónico: π±, p, n y el resto de los hadrones depositan toda su energía
![Page 11: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/11.jpg)
Detectando las Partículas
Detector de muones: los muones (µ±) apenas dejan energía en los calorímetros y escapan hasta la parte externa del detector
![Page 12: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/12.jpg)
Detectando las Partículas
Electrón: deja su trayectoria en el detector de trazas y toda su energía en el calorímetro electrónico
Su trayectoria se c u r v a e n e l detector de trazas debido al campo m a g n é t i c o presente.
![Page 13: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/13.jpg)
Detectando las Partículas
Positrón: deja su trayectoria en el detector de trazas y toda su energía en el calorímetro electrónico
Su trayectoria se curva al contrario que el electrón (por su distinta carga eléctrica)
![Page 14: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/14.jpg)
Detectando las Partículas
Fotón: Como no tiene carga, no se observa en el detector de trazas. Deja toda su energía en el calorímetro electrónico
Su t rayec t o r i a ( r e c t a ) s e r e c o n s t r u y e a partir de la señal d e j a d a e n e l calorímetro
![Page 15: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/15.jpg)
Detectando las Partículas
Protón y pion: como hadrones cargados, dejan su trayectoria en el detector de trazas y depositan su energía tanto en el calorímetro electrónico como en el calorímetro hadrónico
Su trayectoria se curva según su carga
![Page 16: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/16.jpg)
Detectando las Partículas
Neutrón: al ser neutro no deja trayectoria en el detector de trazas pero sí deposita su energía tanto en el calorímetro electrónico como en el calorímetro hadrónico
![Page 17: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/17.jpg)
Detectando las Partículas
Muón: escapa del detector dejando traza en todas su scomponentes, en el detector de trazas, en el calorímetro electrónico, en el calorímetro hadrónico y en el detector de muones
Su trayectoria se curva según su c a r g a y n o s permite distinguir m u o n e s d e antimuones
![Page 18: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/18.jpg)
Detectando las Partículas
Neutrinos: escapa del del detector SIN DEJAR TRAZAS!
Su trayectoria se r e c o n s t r u y e c a l c u l a n d o l a energía “perdida” que se lleva
![Page 19: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/19.jpg)
Cómo se produce el bosón W en LHC?
![Page 20: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/20.jpg)
En la colisión entre protones son sus constituyentes, los quarks y gluones, los que interaccionan
Cómo se produce el bosón W en LHC?
p p
u
d u
g g
g
u
d
u
g
g
g d w+
![Page 21: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/21.jpg)
Cómo se produce el bosón W en LHC (colisión pp)?
W+ W-
Colisión gluón-quark
Colisión gluón-gluón
![Page 22: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/22.jpg)
Cómo se produce el bosón W en LHC (colisión pp)?
W+ W-
Colisión gluón-quark
Colisión quark-quark
![Page 23: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/23.jpg)
En leptones cargados y neutrinos
Por conservación de carga eléctrica, el leptón tiene la misma carga que el W
W- à e- νe W+ à e+ νe
W- à µ- νµ W+ à µ+ νµ
La partícula W decae después de producida
W+ W-
Estas son las señales que vamos a buscar
![Page 24: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/24.jpg)
Decaimientos del W en leptones tau o en q u a r k s ( q u e producen jets)
Z à e+ e-
W- à u d W+ à τ+ ντ
Hay procesos con señales PARECIDAS pero que no corresponden a los que buscamos. A éstos los llamamos “background” (ruido). Por ejemplo:
Estas señales las descartaremos
Z à µ+ µ-
Decaimientos de la partícula Z
τ+ u
ντ d
![Page 25: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/25.jpg)
Ejercicio 1)
Descubre la estructura del protón Selecciona eventos de señal (aquellos en los que se ha producido un bosón W). Para ellos, determina la carga eléctrica del W. Determina el cociente entre el número de W+ y W-.
R± ≡ (número de W+)/(número de W-)
¿Se producen en igual número? ¿Por qué? ¿Qué nos dice acerca de la estructura del núcleo?
![Page 26: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/26.jpg)
Producción y decaimiento del bosón W
![Page 27: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/27.jpg)
Cortes en la selección de eventos:
Con el fin de eliminar de manera eficiente los sucesos que consideramos “background” (i.e., no interesantes) aplicaremos ciertos criterios (“cortes”). El evento es una señal si satisface que à Hay ÚNICAMENTE UN Leptón (electrón, positrón, muón o antimuón) à que aparece aislado (NO dentro de un JET) à Con momento transverso de al menos |PT|>20 GeV
à El evento tiene momento tranverso perdido (MET) de al menos 25 GeV
à y el ángulo entre el leptón cargado y la línea de MET está entre 160º y 200º (es decir, aproximadamente 180º)
Sólo así nos aseguramos de que una partícula W ha sido creada en el suceso (y ha decaido después)
![Page 28: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/28.jpg)
Decaimiento W- à e- νe
Observamos una partícula cargada que sólo deja energía en el calorímetro electromagnético à Es un e- (o un e+)
![Page 29: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/29.jpg)
Observamos una partícula cargada que sólo deja energía en el calorímetro electromagnético à Es un e- (o un e+)
Energía depositada en el calorímetro
electromagnético
InDetTrack index: 0 PT=-42.576 GeV η = 0.753 Φ = 145.561° Px=-35.114 GeV Py=24.078 GeV Pz=35.202 GeV numPixelHits = 3 numSCTHits = 9 numTRTHits = 0
Es un e-
PT<0 à carga negativa
Decaimiento W- à e- νe
![Page 30: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/30.jpg)
Observamos una partícula cargada que sólo deja energía en el calorímetro electromagnético à Es un e- (o un e+)
Observamos pérdida de E n e r g í a Tr a n s v e r s a (indicado por una línea discontinua) à Existe una partícula invisible (¡un neutrino!)
e-
νe
Decaimiento W- à e- νe
Po r c onse rvac i ón de carga, sabemos que se había producido un
W-
Ángulo entre e- y linea de MET entre 160º y 200º
![Page 31: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/31.jpg)
Observamos una partícula cargada que sólo deja energía en el calorímetro electromagnético à Es un e- (o un e+)
Observamos pérdida de E n e r g í a Tr a n s v e r s a (indicado por una línea discontinua) à Existe una partícula invisible (¡un neutrino!)
Decaimiento W- à e- νe
Po r c onse rvac i ón de carga, sabemos que se había producido un
W-
e- νe
Ángulo entre e- y linea de MET
![Page 32: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/32.jpg)
Observamos una partícula cargada que escapa del detector y deja señal en el detector de muones à Es un µ- (o un µ+)
Decaimiento W+ à µ+ νµ
Señal en detector de muones
InDetTrack index: 1 PT=41.519 GeV η = -0.870 Φ = 114.868° Px=-17.460 GeV Py=37.669 GeV Pz=-40.846 GeV
Es un µ+
PT>0 à carga positiva
µ+
![Page 33: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/33.jpg)
Observamos una partícula cargada que escapa del detector y deja señal en el detector de muones à Es un µ- (o un µ+)
Observamos pérdida de E n e r g í a Tr a n s v e r s a (indicado por una línea discontinua) à Existe una partícula invisible (¡un neutrino!) νµ
Decaimiento W+ à µ+ νµ
Po r c onse rvac i ón de carga, sabemos que se había producido un
W+
µ+
![Page 34: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/34.jpg)
Observamos una partícula cargada que escapa del detector y deja señal en el detector de muones à Es un µ- (o un µ+)
Observamos pérdida de E n e r g í a Tr a n s v e r s a (indicado por una línea discontinua) à Existe una partícula invisible (¡un neutrino!)
Decaimiento W+ à µ+ νµ
Po r c onse rvac i ón de carga, sabemos que se había producido un
W+
µ+
![Page 35: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/35.jpg)
O b s e r v a m o s u n o ( o varios) conos de partículas cargadas que dejan traza en ambos calorímetros à Jets provinientes de la hadronización de quarks
No corresponden a la señal que buscamos à Descartamos este tipo de eventos
Eventos no deseados (background): jets (quarks)
![Page 36: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/36.jpg)
Vemos señales de varios leptones à S i t i e n e n c a r g a s opuestas pueden venir de la desintegración del bosón Z
No corresponden a la señal que buscamos à Descartamos este tipo de eventos
Eventos no deseados (background): Z à e+e-, µ+µ-, τ+τ-
e-
e+
![Page 37: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/37.jpg)
Ejercicio 2)
Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo Estándar). Nuestras predicciones teóricas nos dicen que las partículas pesadas (como el quark top) producidas en colisiones en el LHC pueden producir bosones de Higgs. Por tanto ahora que se ha descubierto el bosón de Higgs, ¡¡¡podréis encontrar sucesos reales en los datos que tenéis!!!
¿Podéis encontrar el Higgs?
![Page 38: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/38.jpg)
Cortes en la selección de eventos para buscar el Higgs :
Para buscar el bosón de Higgs, la señal característica que buscamos es el decaimiento de dos bosones W con cargas opuestas
![Page 39: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/39.jpg)
Cortes en la selección de eventos para buscar el Higgs :
Para buscar el bosón de Higgs, la señal característica que buscamos es el decaimiento de dos bosones W con cargas opuestas à Hay EXÁCTAMENTE DOS Leptones cargados (electrón, positrón, muón o antimuón) con cargas opuestas à que aparecen aislados (NO dentro de un JET) à el de mayor momento transverso ha de tener |PT|>25 GeV el de menor momento transverso ha de tener |PT|>15 GeV
à El evento tiene momento tranverso perdido (MET) de al menos 40 GeV si los dos leptones son de la misma familia al menos 25 GeV si son de distinta familia
Los sucesos con estas condiciones pueden ser una señal de producción de un bosón de Higgs (y su posterior decaimiento)
![Page 40: Desintegraciones del bosón W · Busquemos el Bosón de Higgs Entre otras cosas, el LHC se construyó para encontrar el bosón de Higgs (que completa nuestra descripción del Modelo](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022063001/5f12f4468cc0284dba11b9f0/html5/thumbnails/40.jpg)
... ¿encontraremos hoy el bosón de Higgs?