Dopo il W viene la Z

Produrre un bosone Z in una collisione tra due protoni e vederlo decadere in una coppia elettrone-antielettrone o muone-antimuone è circa 10 volte meno probabile che produrre un bosone W nel medesimo tipo di collisione e vederlo decadere in elettrone-neutrino o muone neutrino. Il che significa che per avere qualche chance di osservare qualcosa che assomiglia al decadimento di una Z occorre raccogliere circa dieci volte la quantità di dati con i quali si ha una ragionevole probabilità di osservare un W.

È passato ormai un po' di tempo da quando qualcosa che assomiglia molto a un paio di bosoni W hanno deciso di fare capolino dentro ATLAS: ovviamente da allora LHC ha continuato a fornirci collisioni protone-protone, e noi solertemente a raccogliere dati a spulciarli. Potete facilmente immaginare come in questo periodo ci siano capitati per le mani un certo numero di altri candidati bosone W. Quanti? Non ve lo posso dire: riserviamo la sorpresa per le conferenze d'estate. Quello che però posso dirvi è che la pazienza, la quantità di dati raccolti, un rivelatore che funziona piuttosto bene e la ricerca con il lanternino anche delle Z ha iniziato a dare i suoi frutti: eccovi in tutto il loro splendore i primi due candidati Z che decadono dentro ATLAS, rispettivamente in una coppia elettrone-positrone:

o in una coppia muone-antimuone:

Se avete letto il post sui candidati W ormai dovreste saper interpretare questi event display senza problemi. In caso forse un po' persi, ecco un piccolo aiuto. Nel primo caso ci sono un elettrone e un positrone che, partendo dal centro del rivelatore dove è avvenuta la collisione, lasciano entrambi una scia (gialla) nel tracciatore centrale, e finiscono a depositare la loro energia nei calorimetro elettromagnetico (la zona in verde). Nel secondo caso ci sono un muone e un antimuone che lasciano le loro scie (viola) sia nel tracciatore centrale che nello spettrometro a muoni. In entrambi i casi i prodotti di decadimento hanno carica opposta (bene: la Z è neutra), provengono dallo stesso vertice, sono ragionevolmente identificati come elettroni (o muoni), non hanno troppa attività intorno che faccia pensare a un'origine diversa dal decadimento di una sola particella, e soprattutto - se vi mettere a combinare le loro energie - sembrano provenire dalla disintegrazione di una particella con una massa compatibile con quella del bosone Z. Come già per i W: bingo!

Notarella  a margine: è bello che i due candidati Z abbiamo deciso di decadere una volta in una coppia elettrone-positrone e l'altra in una muone-antimuone. Secondo le teorie che usiamo per descrivere il comportamento delle particelle, non c'è infatti nessuna ragione per cui l'accoppiamento di un bosone (W o Z) a un leptone (in questo caso, elettrone o muone) abbia un'intensità diversa: in altre parole, è altrettanto probabile che una Z decada in elettroni o in muoni. Questa proprietà è chiamata in gergo universalità, e fino ad ora è sempre stata confermata dagli esperimenti: ovviamente due eventi sono troppo pochi per trarre delle conclusioni, ma sembrerebbe che siamo sulla buona strada.

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7 Commenti

  1. Ettore
    Pubblicato il 20 maggio 2010 alle 21:13 | Permalink

    Certo, ho letto che avevate aumentato la luminosità... ma non pensavo così tanto O_o

    Il primo screen che hai postato segna:
    Event number: 968.871
    Data: 9/5 Ore 9:41

    Il secondo screen segna:
    Event number: 14.321.500
    Data 10/5 Ore 02:07

    Questo vuol dire che tra il 9 ed il10 maggio in 17 ore avete raccolto 14 volte eventi che da quando avete iniziato al 9 maggio... sbaglio?!?!?
    Oppure l'event number si riazzera ad ogni run?
    No perchè.... se fosse... alla faccia dell'incremento!!!

  2. Fabiano
    Pubblicato il 20 maggio 2010 alle 21:59 | Permalink

    E dopo la Z viene la H, dai dai che ci siamo... Ma non spiegare così l'alfabeto alla piccola Giulia :-).

  3. Stephan
    Pubblicato il 21 maggio 2010 alle 00:01 | Permalink

    evvai! eravamo tutti in fremito per avere qualche notizia da Lhc!
    Ste

  4. Simone
    Pubblicato il 21 maggio 2010 alle 09:08 | Permalink

    Complimenti per il blog, è molto che seguo anche se è la prima volta che scrivo. qualche domandina a margine: se Produrre un bosone Z in una collisione tra due protoni è circa 10 volte meno probabile che produrre un bosone W, cosa puoi dirci del bosone di Higgs? quanto è probabile vederlo rispetto a questi due eventi (Bosone Z e W)? e come pensate di riconoscerlo?

    ciao Simone

  5. Pubblicato il 25 maggio 2010 alle 21:40 | Permalink

    @Ettore: la luminosità in effetti è schizzata ben su. Guarda questo:
    https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/DATAPREPARATION/PublicPlots/DataSummary/figs/sumLumiByDay.png

    @Simone: per il momento ti basti questo: è mooolto meno probabile sia produrlo, sia osservarlo, tanto che, se davvero nel corso di quest'anno che viene riusciremo a raccogliere il famoso fb^{-1} di dati a 7 TeV che ci hanno promesso - e non ci conto molto - non sarà comunque ancora sufficiente per dire qualcosa né in un senso (l'esistenza del bosone di Higgs) né nell'altro (la sua non-esistenza). Ci vorranno più dati e dunque più tempo. Per i dettagli (e.g. come pensiamo di riconoscerlo) dovrai aspettare un post dedicato.

  6. Ettore
    Pubblicato il 26 maggio 2010 alle 00:37 | Permalink

    WOW! Adesso però che mi hai fatto vedere quel grafico... mi devi anche spiegare xche c'è discrepanza tra il delivered dell'Lhc ed il recorded di Atlas 😀 (si.. sono un rompi... scusami... ma sono curioso)

    (Che poi da quando ho scritto siete passati a 13 bunch da 2E10 l'uno... e se non vado errato è in programma per questa settimana di testare 8 bunch da 1E11 l'uno... che sarebbe un nuovo record...)

  7. Pubblicato il 26 maggio 2010 alle 21:32 | Permalink

    In breve, perché mentre LHC produce delle collisioni gli esperimenti non sono sempre "accesi" e pronti a prendere dati, per ragioni varie. Ovviamente il gioco sta tutto nel minimizzare le differenza.

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  • Mi chiamo Marco Delmastro, sono un fisico delle particelle che lavora all'esperimento ATLAS al CERN di Ginevra.

    Su Borborigmi di un fisico renitente divago di vita all'estero lontani dall'Italia, fisica delle particelle e divulgazione scientifica, ricerca fondamentale, tecnologia e comunicazione nel mondo digitale, educazione, militanza quotidiana e altre amenità.

    Ho scritto un libro, Particelle familiari, che prova a raccontare cosa faccio di mestiere, e perché.

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