Colour Reconnection and Weak Showers

Abstract: Popular Abstract in Danish Ved CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) accelerer man protoner og bly-ioner op til næsten lysets hastighed, for derefter at kollidere dem med hinanden. Målet med dette er at forstå, hvordan de mindste ting i universet er bygget op, og hvordan de interagerer. Alle tidligere eksperimentelle data er kombineret til en enkelt teori, kendt som StandardModellen (SM). Håbet er, at de energirige partikelkollisioner vil vise os noget, der ligger udover SM, men før vi kan finde noget nyt, er vi nødt til at være sikre på, at vi forstår SM fuldstændigt. SM er en yderst elegant teori; den kan dog desværre ikke løses analytisk. For at sammenholde modellen med eksperimentel data er man derfor nødt til at lave nogle approksimationer og antagelser. En af de mest udbredte måder at sammenligne data med teoretiske forudsigelser, er ved hjælp af computersimuleringer, kaldet Monte Carlo simuleringer. Disse programmer simulerer partikelkollisioner ud fra den bedst tilgængelige forståelse af teorien. De kan sammenlignes direkte med de data, der kommer fra rigtige kollisioner, og afvigelser vil være indikationer på fysik udover SM. Denne afhandling omhandler forbedringer af simuleringerne, sådan at vi kan være mere sikre på at potentielle afvigelser virkelig er ny fysik. Det er specielt to områder indenfor simuleringerne, der bliver berørt, den svage partonkaskade og farve omkoblinger. Når en ladet partikel bliver accelereret udsender den elektromagnetisk stråling i form af fotoner, bremsstrahlung. En kollision mellem to partikler kan ses som en yderst ekstrem acceleration, derfor er store mængder ekstra stråling forventet. Beskrivelsen af denne ekstra stråling kaldes partonkaskaden. Udover at udsende fotoner er det også muligt at udsende gluoner. Disse svarer til fotoner for den stærke kernekraft. Da den stærke kernekraft er mange gange stærkere end den elektromagnetiske kraft dominerer gluon-emissioner totalt billedet. Hidtil har udsendelse af den svage kernekrafts ``fotoner'' (W og Z) været ignoreret. Dette skyldes, at de er mange gange tungere end protonen. Nu er kollisionsenergien dog blevet så høj, at de bør inkluderes. Inklusion af disse partikler er netop dækket af en svag partonkaskade og er et af hovedemnerne i denne afhandling. Inklusionen af den svage partonkaskade gør det muligt at beskrive produktion af W og Z, som den tidligere partonkaskade ikke kunne forklare. Den stærke kernekraft er så stærk, at den binder de mest fundamentale partikler (kvarker) sammen til større partikler kaldet hadroner. Et eksempel på en hadron er protonen, som består af to op-kvarker og en ned-kvark. Et af spørgsmålene som en computersimulering må forklare er, hvordan disse kvarker bindes sammen til hadroner. Denne proces kaldes hadronisering. Billedet man forestiller sig er, at der mellem to kvarker er spændt en streng. Denne streng kan så fragmenteres til de forskellige hadroner. Det fungerer fint så længe man bare har to kvarker, da det er oplagt, hvor strengen befinder sig. Men hvis der er mange kvarker, er der også mange forskellige kombinationsmuligheder. Valget mellem disse streng-kombinationer går under navnet farve omkoblinger. I denne afhandling beskrives en nyudviklet model for beskrivelse af dette. Modellen giver en bedre beskrivelse af de forskellige typer af hadroner og deres energier sammenlignet med eksperimentelle data. Begge tilføjelser er implementeret i det lokalt udviklede Monte Carlo simuleringsprogram, Pythia. Dette er en af de mest udbredte simuleringsprogrammer i verdenen og dermed vil de nye modeller direkte kunne indgå i sammenligningerne mellem teori og data.