Download El mesón J/Ψ - CIEMAT Física de Partículas

Ejercicio:
Identificación y medida de la masa
del mesón J/Ψ
El mesón J/Ψ
• Objetivo del ejercicio:
identificación de partículas J/Ψ y medida de su
masa visualizando colisiones registradas por el
detector CMS
Un poco de historia sobre el mesón J/Ψ ...
2
Predicción de la existencia de un cuarto “quark”
(Glashow, Iliopoulos, Maiani)
u
c
e-
µ-
d
s
νe
νμ
El modelo Estándar en
1970
3
Descubrimiento del quark “charm” (encanto)
Noviembre de 1974:
Descubrimiento de un estado ligado cc en
dos experimentos independientes
'Psi' en SLAC (Burt Richter)
'J' en Brookhaven (Sam Ting)
J/ (psi)
Masa J/Ψ= 3.097 GeV/c2
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La partícula J/ no es estable
Se desintegra rapidísimamente
(vida media ~10-20 s) en partículas
más ligeras, que a su vez se pueden desintegrar si no son estables.
Nosotros observamos las partículas
que viven un tiempo suficiente para
poder ser registradas por el
detector
J/  Hadrones
(combinaciones
de quarks)
J/  e+e
J/  + 
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Reconstrucción de la partícula J/
Leyes de conservación de la energía y el momento lineal:
o La suma de los momentos de las partículas finales es igual al
momento de la partícula inicial
o La suma de las energías de las partículas finales es igual a la
energía de la partícula inicial
p
p
pJ/ = p+ + pEJ/ = E+ + EQ(+) = +1
Q() =  1
Q(J/ )= 0
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Mecánica relativista
Mecánica clásica (I. Newton)
Momento: p = m  v
Energía: E = ½ m  v2
Mecánica relativista (A. Einstein)
Momento: p = m  v / (1-2)½
 = v/c
Energía: E = [p2c2+m2c4]½
Energía
y mas
2
2 son
2equivalentes
mJ/ = (E

p
c
)½ / c2
J/
J/
7
Reconstrucción
de Muones
x
x
x
Reconstrucción en el
detector de trazas Tracker
Muon
x
Reconstrucción en el
detector de
muonesStandAlone Muon
x
x
x
xx
x
x
Junto los dos trozos 
Global Muon
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Un suceso real de producción y desintegración de J/Psi
Vista perpendicular al campo
magnético
Dos muones, de
carga opuesta
Detectados en las tapas del
detector de muones
Vista paralela al campo
magnético
F = q·(vB)=mv2/
mv = p = q B 
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Identificación de muones
• Analizaremos colisiones seleccionadas con dos
muones
• Condiciones para identificar un J/Ψ en una colisión:
• Dos trayectorias de muones de cargas eléctricas
opuestas
• Calidad de la trayectoria reconstruida de los
muones (global/tracker/standalone)
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Muones con cargas opuestas
• Para ser un posible candidato a J/Ψ, la colisión
debe contener dos trayectorias de muones de
cargas eléctricas opuestas
• Las dos trayectorias deben curvarse en distintas
direcciones dentro del imán solenoidal
• Para determinar la carga de la partícula utiliza la
proyección X-Y en el visualizador de colisiones
11
Muones con cargas opuestas
12
Calidad de la trayectoria del muón
• Si dos muones pasan la prueba de la "carga",
entonces evalúa la probabilidad de tener un
candidato J/Ψ calificando cada una de las
trayectorias de los muones
• Cada muón muestra una trayectoria llamada
"muon global"
• Hay también muones reconstruidos sólo en las cámaras
de muones y sólo en el tracker
• La trayectoria no está estrechamente relacionada
con un "jet" (chorro de partículas que aparece
como un cono en el visualizador)
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No vemos quarks, vemos jets
La fuerza fuerte
confina a los quarks.
jet 1
q
q
Experimentalmente vemos
jets (chorros) de partículas
jet 2
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Muones dentro de jets
• Los jets pueden contener muones
• No es lo que estamos buscando
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Par de muones dentro de jet
• No todos los pares muon-antimuon provienen de un
J/Ψ
• Un jet puede incluso contener un J/Ψ
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Muones de la desintegración de piones y kaones
• Hay otras partículas que se desintegran en muones,
por ejemplo los mesones K y π
• Los mesones K y π tienen una vida media
relativamente larga (~10-8 s) y algunos pueden viajar
~metros antes de desintegrarse, de modo que el
muon no proviene del vértice de la colisión
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J/Ψ aislado
• Buscamos esto
18
Ejemplo de J/Ψ
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Puntuación de candidatos a J/Ψ
• Puntúa los candidatos
• 0: (ninguna posibilidad, p.e.
cargas iguales)
• 1: Seguramente no
• 2: Quizás sí
• 3: Seguro que sí (p.e., dos
muones globales de cargas
opuestas)
• Introduce tu valoración en la hoja
de cálculo
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Analicemos las colisones!!!
•
•
•
•
Cada grupo de dos analizará 100 colisiones
Establece los criterios de puntuación (0-3)
Discute con tus compañeros, pregunta a los físicos
Al finalizar, cuenta el número de sucesos en cada
categoría, compara con otros grupos. Si los
números son muy diferentes, discute tus criterios y
mira si alguien necesita hacer un ajuste
• Diviértete!
• Vamos ahora a aprender a usar el visualizador de
colisiones
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