Cosa stai guardando
Ogni punto dell'istogramma conta collisioni reali che CMS ha registrato al CERN nel 2011 e nel 2012 e che hanno lasciato quattro elettroni o muoni. La loro massa complessiva dice che cosa li ha prodotti: una sola Z vicino a 91 GeV, coppie di bosoni Z sopra 180 GeV e il bosone di Higgs vicino a 125 GeV. Sposta i tagli e guarda quale picco resta, poi chiedi al fit qui sotto quanto puoi essere sicuro che il picco del Higgs sia reale.
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Glossario
- Collisione (evento)
- Due protoni che si scontrano frontalmente dentro l'LHC, e tutto ciò che il rivelatore CMS ha visto uscire. Il modulo chiama evento ogni collisione registrata.
- Perché conta Solo una parte minima delle collisioni produce un bosone di Higgs, quindi ne servono molte prima che compaia un picco.
- CMS Open Data, record 5200 e 5500
- Il record 5200 sono le 278 collisioni con quattro leptoni del 2011 e del 2012 che CMS ha pubblicato per la didattica, di libero uso (CC0). Il record 5500 è l'esempio di analisi i cui tagli le hanno selezionate.
- Perché conta Ogni punto dell'istogramma è una collisione reale che puoi scaricare tu stesso.
- Leptone
- Una particella leggera che il rivelatore misura in modo molto pulito. Qui è un elettrone (e) o un muone (μ), un cugino più pesante dell'elettrone.
- Perché conta Quattro leptoni puliti sono una delle tracce più chiare che un bosone di Higgs possa lasciare.
- Canali: 4μ, 4e, 2e2μ
- Quali leptoni ha lasciato una collisione: quattro muoni, quattro elettroni o due di ciascuno. Con i tagli dell'analisi ce ne sono 113 in 4μ, 48 in 4e e 117 in 2e2μ.
- Perché conta Elettroni e muoni si misurano in modo diverso, quindi ogni canale è una verifica a sé.
- Massa dei quattro leptoni m₄ℓ
- Somma le energie e gli impulsi dei quattro leptoni e ottieni un solo numero, la loro massa invariante. È la massa di ciò che li ha prodotti, in qualunque direzione siano partiti.
- Perché conta Le collisioni che hanno prodotto la stessa particella si accumulano alla stessa massa, quindi una particella si vede come un picco.
- GeV
- Gigaelettronvolt, l'unità di energia e di massa della fisica delle particelle. Un protone pesa circa 0,94 GeV; il Higgs circa 125.
- Bosone Z
- Una particella pesante che trasmette la forza debole, con una massa di 91,2 GeV. Vive troppo poco per vederla e spesso decade in due leptoni dello stesso tipo e di carica opposta.
- Perché conta Qui un bosone di Higgs decade in due bosoni Z, e ogni Z in una coppia di leptoni.
- Z₁
- Delle due coppie di leptoni di una collisione, quella con la massa più vicina a quella della Z, 91,2 GeV. Il cursore Massa di Z₁ sopra scarta le collisioni la cui Z₁ è più leggera del valore fissato.
- Perché conta Alzalo sopra 75 GeV e il picco a 91 GeV sparisce, mentre la maggior parte delle collisioni con un Higgs resta.
- Z₂
- L'altra coppia di leptoni. In un decadimento del Higgs è di solito molto più leggera di una Z reale, perché un Higgs di 125 GeV le lascia al massimo circa 34 GeV.
- Perché conta Per questo chiedere 40 GeV a Z₂ elimina il picco del Higgs.
- pT (impulso trasverso)
- Quanto impulso porta un leptone di traverso rispetto al fascio, in GeV. L'analisi tiene i muoni sopra 5 GeV e gli elettroni sopra 7; il cursore fissa una soglia per tutti i leptoni.
- Perché conta I leptoni con poco pT sono più spesso falsi o vengono da altri processi.
- Tagli
- Regole che una collisione deve rispettare per contare, come una Z₁ più pesante di 40 GeV. I tagli dell'analisi del record 5500 hanno già tenuto queste 278; i tuoi cursori possono solo stringerli, mai allargarli.
- Perché conta Buoni tagli tolgono le collisioni che sembrano soltanto un Higgs e tengono quasi tutte quelle vere.
- Pulsanti di Prova
- Quattro combinazioni di tagli già pronte. Togli il picco della Z porta Z₁ sopra 75 GeV, Chiedi 40 GeV a Z₂ porta Z₂ sopra 40, Solo leptoni duri porta il pT sopra 20 GeV, e I tagli dell'analisi torna all'inizio.
- Intervallo (Eventi / 3 GeV)
- L'asse della massa, da 70 a 181 GeV, è diviso in fette larghe 3 GeV, come nella figura di CMS del 2012. Ogni punto è il numero di collisioni tenute la cui massa cade in quella fetta. Il contorno tenue sono tutte le 278 con i tagli dell'analisi.
- Barre d'errore (68%)
- L'intervallo di conteggi medi veri che avrebbero potuto dare il conteggio osservato, 68 volte su 100. Sono intervalli di Poisson esatti: 10 eventi danno da 6,89 a 14,27.
- Perché conta Con così pochi eventi per intervallo, un intervallo può saltare di parecchio solo per caso.
- 121–130 GeV, sotto 110, sopra 181
- Conteggi di eventi tenuti in tre intervalli di massa. 121–130 GeV è la finestra del Higgs, dove i tagli dell'analisi ne tengono 12; sotto 110 GeV c'è il picco di una sola Z; sopra 181 GeV, fuori dal grafico, ci sono coppie di bosoni Z reali.
- Picco, 110–150 GeV
- Dove sta il picco: l'intervallo più alto tra 110 e 150 GeV e i suoi due vicini, mediati secondo i loro conteggi. Con i tagli dell'analisi cade a circa 125 GeV; nessuno vuol dire che in quella zona non resta alcun evento.
- Bosone di Higgs, 125,3 GeV
- La particella che dà la massa ai bosoni W e Z, trovata da CMS e ATLAS nel 2012. La linea tratteggiata H segna la massa che CMS pubblicò allora, 125,3 GeV.
- Perché conta Se il tuo picco cade su questa linea, i dati che stai tagliando trovano la stessa particella.
- Fit del fondo
- La curva tratteggiata: una forma liscia e decrescente, e^(a + bm), adattata alle masse tenute tra 100 e 170 GeV in intervalli da 1 GeV. Rappresenta tutto ciò che non è un Higgs. Con meno di 5 eventi in quella zona non c'è fit.
- Perché conta Un picco significa qualcosa solo rispetto a ciò che vedresti senza.
- Picco (fit di fondo + picco)
- La curva continua aggiunge al fondo un picco largo 2 GeV, circa la risoluzione del rivelatore, di cui il fit sceglie dimensione e massa. Massa del picco è dove cade; Picco, dal fit è quanti eventi contiene.
- Fondo, 121–130 GeV
- Quanti eventi si aspetta la sola curva del fondo nella finestra del Higgs. Con i tagli dell'analisi sono circa 5,6, dove ne sono stati visti 12.
- Perché conta Lo scarto tra atteso e visto è ciò che la significatività misura.
- Significatività locale Z
- Quanto meglio il picco spiega i dati rispetto al solo fondo, in deviazioni standard (σ), dal rapporto tra le verosimiglianze dei due fit (formula di Wilks). Con i tagli dell'analisi vale 2,8σ a 125 GeV, tra i circa 2σ del record 5500 e i 3,2σ di CMS 2012 in questo canale.
- Perché conta Dice quanto spesso il solo fondo simulerebbe un picco così grande a quella sola massa.
- σ (deviazioni standard)
- Una scala di quanto un risultato sia improbabile per caso. 1σ capita circa 1 volta su 6, 3σ 1 su 740, e 5σ 1 su 3,5 milioni.
- Perché conta I fisici parlano di scoperta solo da 5σ in su.
- Significatività globale ed effetto look-elsewhere
- Il fit ha provato ogni massa da 110 a 150 GeV, e un caso fortunato poteva comparire in una qualsiasi. Il valore globale paga quella ricerca contando quante volte la scansione supera 1σ (Gross e Vitells): con i tagli dell'analisi, 2,8σ locali diventano 1,5σ globali.
- Perché conta Più posti guardi, più è facile trovare un picco per caso.
- Combinazioni di tagli provate
- Ogni nuova combinazione dei tre cursori e dei canali che provi conta una volta. La spiegazione dà la migliore significatività locale tra queste sulle 278 collisioni, contro quella dei tagli dell'analisi.
- Perché conta Regolare i tagli finché il picco cresce è anche questo guardare altrove, ed è per questo che un'analisi fissa i suoi tagli prima di guardare.
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