Najwazniejsze wyniki DELPHI

Geneza projektu akceleratora LEP i detektora DELPHI.

Po odkryciu w 1983 r. bozonow posredniczacych oddzialywan slabych Z^o,W⁺ i W^- (obu odkryc dokonano na CERN-owskim akceleratorze SPS na ktorym zderzano proton z antyprotonem) najwazniejsza sprawa stalo sie dokladne zbadanie ich wlasnosci i precyzyjne testy innych przewidywan modelu standardowego. Dwa pytania byly szczegolnie wazne:

czy istnieja dodatkowe rodziny fermionow (znane sa 3),
jaki jest mechanizm nadawania masy bozonom posredniczacym.

Znalezienie odpowiedzi na pierwsze pytanie bylo w zasadzie stosunkowo proste. Dodatkowa rodzina oznaczalaby dodatkowe neutrino, ktorego obecnosc, jesli byloby ono lekkie (powszechnie uwaza sie, ze neutrina maja zerowa mase), powinna sie przejawic zwiekszeniem szerokosci bozonu Z^o. Natomiast mechanizm nadawania masy bozonom nie jest dobrze okreslony w modelu i jest przedmiotem roznych spekulacji. Wiele z nich zaklada odstepstwa od modelu standardowego, ktorych znalezienie byloby bardzo interesujace.

Akcelerator SPS nie nadawal sie do realizacji tego programu badawczego ze wzgledu na to, ze w zderzeniach hadronow przy energiach dostepnych w tym akceleratorze przekroje czynne na interesujace procesy sa zbyt male, a tlo o wiele za duze. Rownolegle wiec prowadzone byly prace nad projektem akceleratora przeciwbieznych wiazek e⁺e^- ( LEP ), gdzie elektrony i pozytony przyspieszane bylyby do energii pozwalajacych na powstanie bozonu Z^o, a po podniesieniu energii wiazek - rowniez par W⁺W^-.

Wyniki detektora DELPHI z LEP1.

Program fizyczny detektora DELPHI , tak jak pozostalych 3 detektorow pracujacych podczas pierwszej fazy akceleratora LEP, sluzyl sprawdzeniu przewidywan modelu standardowego. W pierwszej fazie projektu, nazywanej LEP1 (lata 89-95), akcelerator pracowal przy energii w obszarze masy bozonu Z^o, (energia w srodku masy Ecm = 91.2 GeV). W tym czasie kazdy z czterech eksperymentow zarejestrowal ponad 3.5 mln przypadkow Z^o (juz pod koniec 1989 roku liczba bozonow Z^o zarejestrowanych na LEP-ie przekroczyla o rzad wielkosci wczesniejsza swiatowa statystyke tych czastek).

Sprawdzenie modelu GSW dla oddzialywan elektroslabych.

Podstawowe pomiary modelu GSW opieraja sie na dokladnym wyznczeniu ksztaltu linii Z^o oraz na pomiarze asymetrii katowych dla jego rozpadow. Z danych doswiadczalnych wyznacza sie wartosci standardowego zestawu dziewieciu parametrow. Szesc z nich sluzy do opisu linii Z^o. Sa to:

masa Z^o ( M_Z ),
szerokosc calkowita bozonu Z^o,
wartosc przekroju czynnego w maksimum rozkladu dla rozpadu Z^o na hadrony,
trzy stosunki szerokosci czastkowej rozpadu na hadrony do szerokosci czastkowych rozpadu na pojedyncza pare lepton-antylepton ( R_e R_m R_t ).

Pozostale trzy parametry to:

wartosci wspolczynnika asymetrii przod - tyl dla rozpadow Z^o na pary leptonowe A_e,FB A_m,FB A_t,FB .

Ponizej w tabeli podano wartosci liczbowe tych parametrow
uzyskane w DELPHI oraz przewidywania modelu standardowego:

	DELPHI	MS
M_Z [GeV/c²]	91.1866+-0.0028	91.1862
szerokosc calkowita [GeV]	2.4897+-0.0041	2.4966
przekroj czynny [nb]	41.561+-0.079	41.464
R_l	20.783+-0.029	20.760
A_l,FB	0.0177+-0.0010	0.0161

Wyznaczenie liczby rodzin kwarkowo-leptonowych, przy zalozeniu, ze neutrina wchodzace w ich sklad sa lekkie, to najwazniejszy dotychczasowy wynik z eksperymentow na akceleratorze LEP. Znajac calkowita szerokosc Z^o oraz szerokosci czastkowe dla rozpadu Z^o na hadrony (G_had) i na pojedyncza pare lepton-antylepton (G_l), mozna wyznaczyc szerokosc rozpadu Z^o na czastki nierejestrowane w doswiadczeniu (neutrina):

G_inv=G_Z-G_had-3G_l

Dzielac nastepnie G_inv przez przewidywana przez model GSW szerokosc calkowita dla rozpadu Z^o na pojedyncza, lekka pare neutrino - antyneutrino, otrzymuje sie liczbe rodzajow lekkich neutrin. We wszystkich czterech eksperymetntach z duza dokladnoscia ograniczono liczbe rodzin kwarkowo-leptonowych do trzech.

Zobacz dopasowana krzywa do danych.

Test chromodynamiki kwantowej.

Najwazniejszym wynikiem dotyczacym chromodynamiki kwantowej jest wyznaczenie biegnacej stalej sprzezenia dla oddzialywan silnych w zupelnie nowym zakresie energii:

lambda_s(M_Z)=0.122+-0.003

Poszukiwania nowych czastek.

Najbardzej poszukiwana czastka byl, przewidywany przez model GSW, skalarny bozon Higgsa. Szukano tez kwarku t i calego szeregu czastek przewidywanych przez minimalne supersymetryczne rozszerzenie modelu standardowego. Zadna z tych czastek nie zostala bezposrednio zaobserwowana. Uzyskano jednak istotne ograniczenie na mase kwarku t (poprzez analize poprawek radiacyjnych: Mt=173+-30 GeV, otrzymana wartosc masy jest w bardzo dobrej zgodnosci z pomiarem bezposrednim z eksperymentu CDF) i dolne ograniczenie na mase bozonu Higgsa (m_h > 60 GeV, gorne ograniczenie wynika z unitarnosci i wynosi 1000 GeV).

Wyniki detektora DELPHI z LEP2.

Program fizyczny drugiej fazy LEP2 zapoczatkowanej w 1995 r. obejmuje, oprocz uzupelnienia testow modelu standardowego przy wyzszych energiach, poszukiwanie nowych procesow i czastek, przewidywanych w szczegolnosci przez teorie supersymetryczne. W fazie tej stopniowo podnoszona jest energia, od 130 GeV w 1995 r. do 204 GeV w 1999 r. (obecnie dane sa zbierane przy Ecm = 184 GeV, przy czym powinno ich byc ok. 4 razy wiecej niz w pierwszych dwoch latach).

Program fizyczny LEP2 obejmuje m.in.:

pomiar masy bozonu W z dokladnoscia 50 MeV (obecna dokladnosc wynosi 260 MeV), z bezposredniej produkcji W⁺W^-,
pomiar sprzezen trojbozonowych,
bezposrednie poszukiwanie czastek Higgsa w zakresie masy do ok. 100 GeV,
poszukiwanie nowych czastek lub procesow przewidywanych przez inne teorie.

W porownaniu z LEP1, LEP2 charakteryzuja stosunkowo niskie wartosci przekrojow czynnych, dlatego otrzymane probki beda mialy nizsza statystyke. Oczekuje sie np. 45000 przypadkow W⁺W^-.

Sprawdzenie modelu GSW dla oddzialywan elektroslabych.

Aktualna masa bozonu W obliczona na LEP-ie (z bezposredniej produkcji par W⁺W^-):

M_W = 80.14 +- 0.32 GeV/c²

Test chromodynamiki kwantowej.

Obliczono wartosc biegnacej stalej sprzezenia dla oddzialywan silnych w 3 nowych punktach:

Ecm [Gev]	stala sprzezenia
133	0.113+-0.003+-0.007
161	0.105+-0.003+-0.006
172	0.103+-0.003+-0.006

Poszukiwania nowych czastek.

Podobnie jak w LEP1, nie znaleziono dotychczas nowych czstek. Wzrosly natomiast dolne ograniczenia na masy poszukiwanych czastek:

masa bozonu Higgsa w modelu standardowym > 70 GeV/c²
masa bozonu Higgsa w MSSM > 60 GeV/c²

Czastki supersymetryczne:

masa neutralina > 25 GeV/c²
masa chargina > 84 GeV/c²
masa stopu > 63 GeV/c²
masa smionu > 58 GeV/c²
masa selektronu > 70 GeV/c²

Wzbudzone leptony:

masa wzbudzonego elektronu > 84.6 GeV/c²
masa wzbudzonego mionu > 84.9 GeV/c²
masa wzbudzonego taonu > 84.6 GeV/c²
masa wzbudzonego neutrina > 72.1 GeV/c²

Zmniejszono tez ograniczenia na mase kwarku t:

M_t=175.6+-5.5 GeV/c²


Strona glowna DELPHI	Akcelerator LEP	Budowa detektora DELPHI	Ciekawe przypadki DELPHI

Last update: Krzysztof Cieslik

Pytania i uwagi : mailto:cieslik@hpdel1.ifj.edu.pl

Najwazniejsze wyniki DELPHI

Geneza projektu akceleratora LEP i detektora DELPHI.

Wyniki detektora DELPHI z LEP1.

Sprawdzenie modelu GSW dla oddzialywan elektroslabych.

Test chromodynamiki kwantowej.

Poszukiwania nowych czastek.

Wyniki detektora DELPHI z LEP2.

Sprawdzenie modelu GSW dla oddzialywan elektroslabych.

Test chromodynamiki kwantowej.

Poszukiwania nowych czastek.