Keuzecollege Hoge EnergieFysica Katholieke Universiteit ... - EHEF

laden quark uitkomt. Dit kan alleen als aan een d, s of b quark in de begin toestand wordt verstrooid,
waarbij er een u, c of t quark in de eindtoestand komt. Voor een anti-neutrino gaat het verhaal net zo,
maar nu is er een positief geladen muon in de eindtoestand en wordt er een positief geladen W boson
in de lepton vertex uitgezonden. In dat geval kan alleen aan positief geladen quarks worden verstrooid,
dus aan u, c en t quarks, waarbij d, s of b quarks in de eindtoestand worden gemaakt.
Vraag 2g: Leg uit wat de meerwaarde is als het experiment met zowel een neutrino als een antineutrino
bundel kan worden gedaan.
Antwoord: Door een neutrino of anti-neutrino te nemen in de begintoestand van de botsing en naar
geladen stromen te kijken, kunnen up of down type quarks afzonderlijk worden geselecteerd en kan
dus zowel de quarkverdelingsfunctie voor u als voor d quarks afzonderlijk worden gemeten.
Als je vraag 2h t/m 2j niet meteen kan beantwoorden ga dan eerste verder met vraag 3 en probeer
deze vragen nog eens in eventueel resterende tijd na vraag 3.
Met deze combinaties is het nog niet mogelijk om ook de distributie van strange quarks te meten. Om
dit probleem aan te pakken kan men kijken naar de productie van charm quarks.
Vraag 2h: Hoe kunnen we specifiek de verdeling van strange quarks meten door charm quarks te detecteren
? Teken een relevant Feynmandiagram.
Antwoord: Een neutrino kan in een geladen stroom interactie met een strange quark wisselwerken,
waarbij het strange quark in een charm quark veranderd. Het relevante Feynmandiagram is:
neutrino
muon
s
W
c
proton
De crux zit hem natuurlijk in het identificeren van charm quarks. De standaard methode is om naar
gevallen te kijken met twee muonen in de eindtoestand. Het ene muon ontstaat doordat een neutrino
een geladen stroom interactie (uitwisseling van een W) heeft en daardoor in een muon verandert. Het
andere muon ontstaat doordat in ongeveer tien procent van de gevallen een charm quark vervalt in een
muon, neutrino en strange quark.
Vraag 2i: Wat is het relatieve teken van de electrische lading van de twee muonen in de eindtoestand
? (Geef een motivatie.)
Antwoord: Het ene muon komt van de inkomend neutrino vertex met het W boson dat wordt uitgewisseld.
Een neutrino veranderd dan in een negatief geladen muon. Aan de andere vertex van de W veranderd
een strange quark in een charm quark. Het charm quark vervalt in een strange quark en wegens
ladingsbehoud in een positief geladen muon en vervolgens wegens behoud van lepton getal in
een neutrino. De twee muonen hebben dus tegengestelde electrische lading.
Vraag 2j: Leg uit waarom je verwacht dat het ene muon duidelijk energetischer is dan het andere.
Antwoord: Het muon dat koppelt aan het inkomend neutrino zal energetischer zijn dan het muon van
het charm quark verval. Dit moet zo zijn, omdat normaal gesproken maar een deel van de energie van
het inkomend neutrino in het W boson overgaat en het andere deel in het muon. Het W boson geeft al
zijn (haar ?) energie af aan het inkomend strange quark dat in een charm quark veranderd. Het charm
Collegedictaat Hoge Energiefysica 169