Szczegółowa struktura dysz hadronów pomaga analizować nowe typy procesów • Igor Ivanov • Wiadomości naukowe na temat "Elementów" • Detektor CMS, Poszukiwanie nowej fizyki

Szczegółowa struktura dysz hadronów pomaga analizować nowe typy procesów.

Ryc. 1. Zanik Hadrona ustalonego (po lewej) i szybkie latanie (po praweja) górny kwark. W pierwszym przypadku może być łatwo rozpoznany przez trzy dysze hadronowe, w drugim przypadku łączą się one w jeden szeroki strumień, w którym górny kwark jest trudny do zidentyfikowania bez dodatkowych wysiłków. Zdjęcie z gla.ac.uk

W Wielkim Zderzaczu Hadronów trwają między innymi poszukiwania nowych hipotetycznych cząstek przewidzianych przez różne modele Nowej Fizyki. Cząstki te mogą rozpadać się na różne sposoby: na przykład na kilka znanych cząstek, a te z kolei mogą rozpadać się na hadrony. Poszukiwanie nowych cząstek w tego typu procesie, gdy detektor widzi tylko dużą liczbę hadronów i żadnych innych "haczyków", jest niezwykle trudnym zadaniem. Rzeczywiście, w zderzeniach protonów liczne hadrony rodzą się same, bez cząstek pośrednich (procesy te nazywane są "tłem"). Bardzo trudno jest zobaczyć igłę w igle "hadron haystack" (która również wygląda dokładnie tak samo!).

Oczywiście, jeśli weźmiemy pod uwagę energie i impulsy hadronów, sytuacja trochę się poprawi. Jeśli ciężka cząstka rozpada się na hadronach, to te hadrony nie latają w dowolnych kierunkach, ale tworzą mniej lub bardziej wąskie strumienie – strumienie hadronów.Na przykład kwark górny, najcięższy ze znanych cząstek, w większości przypadków dzieli się na trzy strumienie hadronów, które zazwyczaj są skierowane w różnych kierunkach (ryc. 1, po lewej). Specjalne algorytmy obliczeniowe zdolne do automatycznego rozpoznawania dżetów w mieszance hadronów zostały opracowane i są szeroko stosowane od dawna. Dzięki nim można łatwo zauważyć zdarzenia z ciężkimi cząstkami.

Istnieje jednak pułapka. Jeśli najlepszy kwark ja lecąc z prędkością zbliżoną do światła, wtedy hadrony powstające z jego rozpadu również będą latać razem w tym samym kierunku. Oczywiście istnieją osobne dysze hadronowe, ale tylko wtedy, gdy wyraźnie się od siebie różnią, teraz się łączą. "Patrząc" na takie zdarzenie, algorytm scali wszystkie te hadrony w jeden strumień i nie rozpoznaje w nim kwarka górnego (ryc. 1, po prawej).

Niezdolność tradycyjnych algorytmów do rozpoznawania ciężkich cząstek relatywistycznych w takich zdarzeniach znacznie utrudnia wydobycie nowych informacji z procesów wielomasowych. Na szczęście kilka lat temu rozpoczęto prace teoretyczne, a następnie obliczeniowe, co pozwala częściowo przezwyciężyć ten problem.Sama idea była całkowicie naturalna – aby spojrzeć nie tylko na dysze hadronów, ale określić charakterystyczne detale w nich, zdeterminowane podbudowa. Jest to łatwe do powiedzenia, ale trudne do wdrożenia. Wiarygodne algorytmy pojawiły się dopiero w zeszłym roku, a grupy eksperymentalne przyjęły tę technikę całkiem niedawno.

Ryc. 2 Jeden z procesów wyszukiwanych w omawianych artykułach. Hipotetyczna ciężka cząstka rodzi się w zderzeniu gluonów. Xktóra natychmiast dzieli się na dwie części Z-boson. Jedna z nich rozpada się na parę leptonów-antylodtonów, druga na parę kwarkowo-antykwarkową, która następnie zamienia się w dwa strumienie hadronowe. Ponieważ Z-boson leci z prędkością bliską światła, te dwa strumienie łączą się w jedno. Rysunek z artykułu CMS Collaboration, 2014. Poszukiwanie masywnych rezonansów rozpadających się w stanach semi-leptonicznych w sqrt (s) = 8 TeV

Ostatnio w archiwum e-printów pojawiły się dwa artykuły współpracy CMS (arXiv: 1405.1994 i arXiv: 1405.3447), które mówią o badaniach przeprowadzonych tą techniką. Oba artykuły dotyczą poszukiwania hipotetycznych ciężkich cząstek, wśród produktów rozpadu, których są bozonami W lub Z. Jeden przykład pożądanego procesu pokazano na ryc. 2. Ta analiza została przeprowadzona dla bardzo ciężkich hipotetycznych cząstek X, o masie do 3 TeV, która jest znacznie większa niż masy bozonów W lub Z (tylko 0,1 TeV).Dlatego bozonowie byli bardzo relatywistyczni, co oznacza, że ​​wszystkie opisane wyżej trudności dotyczą ich rozpadów hadronowych.

Współpraca wykorzystała nowe informacje dostarczone przez podstrukturę dżetów hadronów w celu lepszego oddzielenia pożądanego sygnału od tła. Po przetworzeniu wszystkich danych zebranych w 2012 roku okazało się, że nie obserwuje się znaczącego nadmiaru sygnału w tle. Jak zwykle w takich przypadkach, wynik negatywny pozwolił na ustalenie nowych ograniczeń mas tych hipotetycznych cząstek (to znaczy, nawet jeśli takie cząstki istnieją, ich masy nie mogą być mniejsze niż pewna granica). Ogólnie rzecz biorąc, prace te dowiodły obietnicy nowej techniki: wykorzystanie podstruktur dżetów hadronów naprawdę pomaga walczyć z tłem w procesach wielobronowych.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: