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Quarks e glúons

segunda-feira, 17 out 2011; \42\UTC\UTC\k 42 Deixe um comentário Go to comments

Hoje saiu um artigo muito interessante na PRL (leia-se: tão interessante quanto 4 páginas permitem):

Quark and Gluon Tagging at the LHC (DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.172001)

Depois de ler o artigo você pode ir brincar nessa página:

Quark vs Gluon Jets

O que os autores fizeram foi estudar, usando os modelos de hadronização no Pythia e no Herwig (dois famosos programas de computador que calculam como acontecem as interações entre as partículas que colidem no acelerador), maneiras de se distinguir, evento a evento, se um jato no detector veio de um quark ou de um glúon. Quarks e glúons são partículas muito diferentes. Contudo, quando um evento contém qualquer um dos dois, eles começam a produzir um monte de partículas e o que se observa no detector são essas partículas fortemente colimadas na direção do quark ou glúon original, e é isso que as pessoas chamam de jatos.

Um dos problemas difíceis em física de altas energias é determinar a relação entre a energia do jato medida no seu calorímetro e a energia do quark ou glúon que gerou o jato, isto é, a escala de energia de jatos. Essa calibração é importantíssima em qualquer experimento que tem pretensão de medir estados finais com jatos.

O problema é que essa calibração é diferente se o jato veio de um quarks ou de um glúon. A razão disso é um tanto técnica — vem do fato que a quarks e glúons se transformam por diferentes representações de grupo de calibre SU(3) e que o acoplamento forte é proporcional ao operador de Casimir da representação, que são portanto diferentes para as duas representações distintas.

Bem, mas vamos esquecer esses detalhes técnicos. Eu queria explicar porque essa diferença é importante na prática. O que acontece é que há procuras por nova física onde o estado final é constituído puramente por quarks (glúons) e o background apenas por glúons (quarks). Então, primeiro: se sua calibração for feita com uma amostra que contém muitos glúons (quarks) você vai medir uma energia errada. Mas, segundo e o ponto mais interessante do artigo acima: se você tiver uma forma de rejeitar, evento a evento, jatos produzidos pela partícula do background, você pode obter uma amostra muito mais limpa.

Os autores dizem obter um ponto de trabalho para o complexo discriminante montado que aumenta a evidência de procuras por um fator de 3.2 (no caso de uma partícula hipótetica que decai para WW)! Isso é bem impressionante para melhorar a nossa capacidade de buscar evidências por física além do modelo padrão.

Agora, um cautionary tale

Medir energias corretamente, claro, também é importante. A maneira mais fácil de determinar a escala de energia dos jatos é com eventos do tipo \gamma + \text{jet}, ie, um fóton mais um jato onde você então assume que o momento do fóton é o mesmo do quark que deu origem ao jato (depois de cortes cinemáticos criteriosamente escolhidos para que isso seja verdade). O problema é que essa amostra é basicamente composta de quarks, então você está determinando a escala de energia apenas para quarks.

Digamos então que seu evento tenha um grande background, como é comum em procuras por nova física, que seja produzido prioritariamente por glúons. Sua escala de energia vai estar alta e você vai medir a energia um pouco maior. Isso é perigoso porque, com a energia errada, você pode confundir o background com o seu sinal gerando um resultado espúrio.

Categorias:Ars Physica
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  1. domingo, 25 dez 2011; \51\UTC\UTC\k 51 às 11:11:31 EST

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