International Masterclasses 2017 Il Bosone Z. Prof. Camilla Di Donato Dott. Paolo Massarotti

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1 International Masterclasses 2017 Il Bosone Z Prof. Camilla Di Donato Dott. Paolo Massarotti

2 Non perdiamo tempo Ci aspetta un viaggio alla scoperta degli elementi più piccoli che costituiscono la materia! Impareremo cosa sta succedendo 100 m sotto terra al laboratorio CERN, all'acceleratore LHC (Large Hadron Collider), un collisionatore circolare con una circonferenza di 27 km Lanciate Hipatya Caricate gli eventi del set che vi è stato assegnato AL LAVORO!

3 Ecco la Fisica fisica del XXI secolo Le immagini (event-displays) contengono un insieme di eventi prodotti da collisioni pp a 7 TeV (2011) con: bosoni Z (ed altre particelle) che decadono in coppie elettronepositrone e muone-antimuone, candidati Higgs in coppie fotone-fotone, candidati Higgs in 4 leptoni, ma anche tipologie completamente diverse di prodotti di collisioni che definiamo eventi di fondo - come getti (fiotti di particelle) originati da quark e gluoni, e bosoni W Particelle: Z(91 GeV) Jpsi(3 GeV), Upsilon(10 GeV)

4 Educational Software Hypatia Il bosone Z è il mediatore, neutro, della forza elettrodebole. Essendo neutro la somma delle cariche elettriche delle particelle in cui decade deve essere zero, affinché si conservi in natura la carica elettrica.

5 Educational Software Hypatia Quando le particelle attraversano il rivelatore lasciano dei segnali elettronici o impronte

6 Educational Software Hypatia il rivelatore ATLAS una specie di macchina fotografica digitale, che registra ciò che avviene quando due protoni collidono

7 Educational Software Hypatia Per essere sicuro che una praticella sia stata effettivamente creata nella collisione, non basta riconoscere i suoi prodotti di decadimento, quali ad esempio coppie muone-antimuone, elettrone-positrone o fotone-fotone, ma è necessario anche ricostruire la massa della particella che è decaduta

8 Educational Software Hypatia Analizzeremo i dati reali raccolti di recente dall esperimento ATLAS per riscoprire il bosone Z e cercare altre particelle come il bosone di Higgs. Useremo le conoscenze acquisite sulle particelle e un po' di fisica elementare, e gli strumenti che servono per trovare anche il bosone di Higgs o scoprire nuove particelle mai osservate prima in Natura, come la Z', un ipotetico fratello pesante del bosone Z.

9 Educational Software Hypatia Ipazia (Alessandria d Egitto, ) fu una matematica, astronoma e filosofa greca. Rappresentante della filosofia neo-platonica pagana, uccisa da una folla di cristiani fanatici, considerata una martire del paganesimo e della libertà di pensiero.

10 Educational Software Hypatia Quali sono i segnali lasciati come impronte nel rivelatore dalle particelle elementari:

11 Elettrone

12 Elettrone

13 Muone

14 Muone

15 Neutrino

16 Jets

17 Fotone

18 Cosa Fare, step by step Per ogni evento cercate un segnale tipo: Bosone Z: coppie e + e -, µ + µ - Bosone di Higgs: coppie γγ Bosone di Higgs: coppie di due leptoni e + e - e + e -, µ + µ - µ + µ -, µ + µ - e + e - Fondo: evento che NON appartiene alle categorie indicate; ignoratelo e andate avanti!

19 Gli eventi sono finiti? Export Invariant Mass Table: HYPATHIA: File->Export Invariant Masses Salvate sul desktop il file Invariant_Masses.txt Aprite il Browser e collegatevi alla pagina: Selezionate dal menu Student Scegliete la data, l istituto e selezionate il gruppo e la lettera che vi sono stati assegnati, per caricare il file Invariant_Masses.txt LOGIN: ippog Passwd: imc

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21 Cosa abbiamo visto?

22 Analisi dei Risultati Misura con due leptoni Confronta gli istogrammi delle coppie elettrone-positrone e muone-antimuone Noti delle differenze/somiglianze? Con che frequenza il bosone Z decade in coppie elettrone-positrone? E in coppie muone-antimuone? Cosa ti aspettavi? Perché? Osservi altre particelle? Con che valori di massa? Qual'è la massa più probabile del bosone Z? Perché non si ottiene un valore esatto per la massa? Quale può essere la spiegazione per una larghezza così grande? Hai scoperto il bosone Z'? Se pensi di si, quanto vale la massa del bosone Z'? Perché è utile combinare i tuoi risultati con quelli ottenuti da altri gruppi?

23 Analisi dei Risultati Misura con due fotoni Hai osservato qualche traccia di un decadimento di un bosone di Higgs in 2 fotoni: H γγ? In caso negativo, quale può esserne la ragione? Ricorda che il campione che hai analizzato include effettivamente qualche candidato Higgs reale. Misura con 4 leptoni Hai osservato qualche traccia di un decadimento di un bosone di Higgs in 4 leptoni: H ZZ llll? In caso negativo, quale può esserne la ragione? In caso affermativo, a quale massa si osserva l Higgs? Il campione che hai analizzato contiene un evento candidato Higgs reale in quattro leptoni.

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