NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/simulatie-ontcijfert-deeltjeswaaier-lhc-nr-104/

Geprint op :
14 december 2018
10:33:37

Bij een botsing tussen protonen in de deeltjesversneller LHC komt steevast een enorme waaier aan deeltjes vrij. Deze grote hoeveelheid deeltjes vormt de ruis waarin interessante signalen, zoals het higgsdeeltje, het top-quark of zelfs onverwachte deeltjes, verborgen zit. Het is van belang dat natuurkundigen de ruis zo goed mogelijk begrijpen, zodat ze deze uit de meeting kunnen verwijderen en zo het gezochte signaal gemakkelijker bloot kunnen leggen.

De ruis bestaat uit straling van partonen (quarks en gluonen). Deze deeltjes stralen quarks en gluonen uit, die op hun beurt weer quarks en gluonen uit kunnen stralen. Zo ontstaat al snel een waaier aan deeltjes. Hoe dit proces precies gebeurt, is bijzonder interessant. Onderzoekers proberen het proces nauwkeurig te beschrijven, het liefst in de vorm van een Monte-Carlo simulatie. Bij zo'n simulatie wordt het proces talloze malen herhaald met willekeurige variabelen, waardoor alle mogelijke uitkomsten aan het licht komen.

Twee verbeteringen
De onderzoekers van dit FOM-programma hebben afgelopen jaar een nieuwe methode ontwikkeld die de simulatie op twee fronten verbetert. Ten eerste is het basiselement van de waaier, het uitzenden van een extra gluon of quark, niet langer gebaseerd op een monopool-model waarbij een parton in twee deeltjes splitst. In plaats daarvan straalt een quark-antiquark-paar een gluon uit. Dit model heeft als voordeel dat het zowel energie- als impulsbehoud in acht neemt.  Ten tweede hebben de onderzoekers zogeheten 1-lus-quantumcorrecties meegenomen in de methode. Dit kan uitstekend via een mechanisme dat na elke keer dat een deeltje wordt uitgezonden, de Monte-Carlo-kans in de simulatie aanpast van de benaderde naar de exacte berekening.

Een belangrijk onderdeel van het onderzoek was het bepalen van de optimale evolutievariabele. Zo’n variabele fungeert als klok. Elke keer dat een deeltje wordt uitgezonden, neemt hij toe. Ook wordt steeds een nieuwe klok gecreëerd. De impuls van de deeltjes, loodrecht op de hoofdas van de botsing, bleek de beste keuze voor deze variabele. 

Om de nieuwe methode te testen, pasten de onderzoekers haar toe op meetgegevens van de reeds afgebroken LEP-versneller in CERN.  De methode blijkt uitstekend te werken. De volgende stap, het uitbreiden van de simulatie naar protonbotsingen in de LHC, is in volle gang.