Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

unterschieden werden. Neutrale Teilchen werden in den Trackern nicht registriert. Sowohl geladene als auch neutrale Hadronen können einen kleinen Teil ihrer Energie im ECAL abgeben, geben aber den größten Teil im HCAL ab. Myonen gehen durch den äußeren Detektor hindurch.
    Selbst nach der Messung der Eigenschaften eines Jets stellt die Unterscheidung, welche der verschiedenen Quarks oder Gluonen ursprünglich für die Jets verantwortlich waren, eine Herausforderung dar, wenn sie nicht gar unmöglich ist. Das Bottom-Quark – das schwerste Quark, das dieselbe Ladung besitzt wie das Down -Quark (und wie das schwerere Strange -Quark) – ist eine Ausnahme von dieser Regel. Der Grund dafür, warum das Bottom-Quark so besonders ist, besteht darin, dass es langsamer als die anderen Quarks zerfällt. Andere instabile Quarks zerfallen im Wesentlichen unmittelbar nach ihrer Erzeugung, so dass die Spuren ihrer Zerfallsprodukte am Wechselwirkungspunkt, an dem die Protonen aufeinanderprallen, anzufangen scheinen. Bottom-Quarks existieren dagegen lange genug (etwa anderthalb Pikosekunden oder lange genug, um mit der Lichtgeschwindigkeit, mit der sie sich bewegen, einen halben Millimeter zu wandern), um eine Spur zu hinterlassen, die vom Wechselwirkungspunkt deutlich wahrnehmbar entfernt ist. Die inneren Siliziumdetektoren entdecken diesen verschobenen Vertex , wie in Abbildung 43 dargestellt.

Abb. 43: Hadronen, die aus Bottom-Quarks bestehen, existieren lange genug, um eine sichtbare Spur im Detektor zu hinterlassen, bevor sie in andere geladene Teilchen zerfallen. Dadurch kann in den Silizium-Vertexdetektoren ein Knick entstehen, der zur Identifikation von Bottom-Quarks verwendet werden kann. Die hier abgebildeten stammen von einem Zerfall von Top-Quarks.
    Wenn die Experimentalphysiker eine Spur aus dem Zerfall eines Bottom-Quarks rekonstruieren, reicht diese Spur nicht bis zum ursprünglichen Wechselwirkungspunkt im Zentrum des Ereignisses zurück. Stattdessen scheint die Spur an derjenigen Stelle im inneren Tracker zu beginnen, an der das Bottom-Quark zerfiel, wodurch ein Knick in den Spuren entsteht, der die Verbindungsstelle zwischen dem einlaufenden Bottom-Quark und dem resultierenden Zerfallsprodukt markiert. [54]   Durch die Feinsegmentierung des Siliziumdetektors können die Experimentalphysiker detaillierte Spuren in der Region in der Nähe des Strahls sehen und in einem Großteil der Fälle erfolgreich Bottom-Quarks identifizieren.
    Die andere Art von Quark, die von einem experimentellen Gesichtspunkt aus charakteristisch ist, ist das Top -Quark, das aufgrund seiner Schwere so besonders ist. Das Top-Quark ist das schwerste der drei Quarks, die dieselbe Ladung wie das Up-Quark besitzen (das andere heißt Charm ). Seine Masse ist etwa vierzigmal schwerer als das anders geladene Bottom-Quark und mehr als dreißigtausendmal so schwer wie die Masse des Up-Quarks, das dieselbe Ladung wie das Top-Quark besitzt. Top-Quarks sind schwer genug, damit ihre Zerfallsprodukte charakteristische Spuren hinterlassen. Wenn leichtere Quarks zerfallen, bewegen sich die Zerfallsprodukte wie auch das ursprüngliche Teilchen so nahe an der Lichtgeschwindigkeit, dass sie gemeinsam in einen einzelnen Jet gedrängt werden – selbst wenn der Jet seinen Ursprung in zwei oder mehreren verschiedenen Zerfallsprodukten hatte. Wenn sie nicht extrem energiereich sind, zerfallen Top-Quarks sichtbar in Bottom-Quarks und W -Bosonen (die geladenen schwachen Eichbosonen) und können durch die Bestimmung dieser beiden identifiziert werden. Da die schwere Masse des Top-Quarks impliziert, dass es am engsten mit dem Higgs-Teilchen und anderen Teilchen wechselwirkt, die bei der Physik der schwachen Skala, welche wir hoffentlich bald verstehen, eine Rolle spielen, könnten die Eigenschaften der Top-Quarks und ihre Wechselwirkungen wertvolle Hinweise auf physikalische Theorien liefern, die dem Standardmodell zugrunde liegen.
    Wie man die Träger der schwachen Kraft findet
    Bevor wir unsere Diskussion der Identifikation von Teilchen des Standardmodells beenden, sollen zuletzt die schwachen Eichbosonen betrachtet werden, die beiden W s und das Z , die die schwache Kernkraft vermitteln. Die schwachen Eichbosonen haben die sonderbare Eigenschaft, dass sie im Unterschied zu den Photonen oder Gluonen eine nichtverschwindende Masse besitzen. Die Massen, die mit den schwachen Eichbosonen, die die schwache Kraft vermitteln, verknüpft sind, werfen einige wichtige