Проверка Стандартной теории электрослабых взаимодействий в эксперименте ДЕЛФИ на ЛЭП

• Автор: Ольшевский, Александр Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 54 с. : ил

Актуальность темы. Одной из наиболее актуальных тем в физике высоких энергий является проверка так называемой Стандартной модели - теории, объединившей электромагнитные и слабые взаимодействия и предсказавшей существование промежуточных W- и Z-бозонов, а также Хиггс-бозона, реализующего механизм генерации масс всех частиц.
Основы и необходимый аппарат Стандартной модели создавались начиная с 60х годов XX века, когда были опубликованы пионерские работы С.Глэшоу, С.Вайнберга и А.Салама.
Открытые в 80е годы на ускорителе SPS в ЦЕРН промежуточные бозоны послужили блестящим доказательством справедливости основ Стандартной модели, однако точная количественная проверка и измерение параметров Стандартной модели стали возможны только на ускорителе LEP (Large Electron-Positron collider), построенном в ЦЕРН и работавшем с 1989 по 2000гг. Этот ускоритель встречных электрон-позитронных пучков с самого начала задумывался как фабрика промежуточных бозонов, которая позволит измерить параметры и проверить соотношения Стандартной модели на уровне точности лучше, чем 1%.
Первая стадия работы LEP, продолжавшаяся до 1995г., позволила набрать интегральную статистику около 17 миллионов распадов Z-бозонов. Во время второй стадии работы LEP энергия столкновений превысила порог рождения пар W-бозонов, что позволило измерить массу и параметры распада W, а также провести поиски Хиггс-бозона и новых частиц.
Настоящая диссертация посвящена этим актуальным экспериментальным исследованиям, проведенным на ускорителе LEP в первой и второй стадиях его работы: собственно измерениям, их теоретической интерпретации и объединенному анализу измерений с целью проверки Стандартной модели.
Цель диссертационной работы. Исследования, выполненные группой ОИЯИ в эксперименте DELPHI (DEtector with Lep-ton, Photon and Hadron Identification) начались задолго до запуска

ускорителя LEP - они охватывают весь примерно 10-летний период подготовки эксперимента и 12-летний период работы LEP, начиная с самых первых измерений, проведенных на ускорителе LEP в области энергий столкновений, соответствующей резонансному рождению Z-бозонов, и до максимально высоких энергий достигнутых на LEP.
Целью настоящей работы является суммирование результатов, полученных автором во время работы в эксперименте DELPHI и в рабочей группе по объединению результатов измерений всех четырех экспериментов на LEP и глобальному анализу мировых экспериментальных данных по прецизионной проверке Стандартной модели.

Результаты, выносимые на защиту:

1 Экспериментальное измерение сечений рождения и вероятностей распада Z-бозона.

2 Теоретическая интерпретация результатов - определение параметров Z-бозона.
3 Объединение результатов измерений экспериментов на LEP.
4 Глобальный анализ всех мировых данных по проверке Стандартной модели.
5 Обзор современного статуса экспериментальной проверки Стандартной модели.
Практическая ценность. Результаты настоящей работы по измерению параметров Z-бозона являются окончательными, суммирующими многолетний опыт набора статистики, обработки экспериментальной информации и ее теоретической интерпретации, полученный во время работы ускорителя LEP. Эти результаты внесены в справочные таблицы Paricle Data Group и широко используются в современных вычислениях, а также при проектировании будущих экспериментов. Разработанные процедуры объединения экспериментальных данных систематически используются при подготовке обзоров современного состояния

экспериментальной проверки Стандартной модели и поисках проявлений новой физики.
Апробация работы. Результаты работ, вошедших в диссертацию, неоднократно докладывались на семинарах, международных рабочих совещаниях, симпозиумах и конференциях различного уровня. В частности, результаты были представлены автором в виде обзорных докладов на международной конференции Physics in Collision (Talahassi, USA, 1994), International Conference on High Energy Physics (Brussels, Belgium, 1995), сессии отделения ядерной физики РАН (Москва, 2000) и др. Эти результаты опубликованы в отечественных и зарубежных журналах в виде оригинальных и обзорных статей [l]-[28j и широко цитируются. В частности, на ежегодные обзоры [15]-[22], подготовленные в рамках работы LEP Electroweak Working Group, зарегистрировано более 600 цитирований.

• Разработанные методы систематически использовались для объединения результатов и были применены для получения окончательных результатов измерений параметров Z-бозона на LEP.
• В результате глобального анализа, включающего измерения, проведенные на LEP, SLC, TEVATRON и другие, с максимально возможной, на сегодняшний день, точностью была проведена проверка Стандартной модели и определены ее параметры. К основным результатам этой проверки относятся:
- определение числа поколений нейтрино:
Nv = 2.9841 ± 0.0083.
- измерение эффективного угла смешивания:
sin29leff = 0.23152 ± 0.00017.
- предсказание из радиационных поправок массы t-кварка:
mtop = ШІд1 GeV,
которое блестяще подтверждается прямыми измерениями.
- предсказание из радиационных поправок массы Хиггс-бозона:
Мн < 196 GeV.
• Полученные результаты послужили основой для обзора современного статуса по экспериментальной проверке Стандартной модели, выполненного автором в пленарном докладе на конференции Европейского Физического Общества в Брюсселе, а также в других докладах на конференциях, семинарах, Ученых Советах и других научных форумах. Основные результаты опубликованы в работах [1]-[28], на которые на 1 Ноября 2002г. в электронных базах данных библиотек CERN и SLAC зарегистрировано 1794 цитирования.