Fysikkanalyseoppgaver ved DELPHI eksperimentet ved LEP

DELPHI var et av de fire eksperimentene ved CERNs Large Electron Positron collider, LEP. EPF-gruppen i Oslo har hardwaremessig vært engasjert i Small Angle Tagger detektoren, SAT, og seinere i et prosjekt for å erstatte SAT-detektoren med en forbedret detektor, STIC (Small angle TIle Calorimeter). Gruppen har gitt viktige bidrag til presisjonsmålinger av massen og vidden til Z^o, dens koplinger til fermioner og dens usynlige vidde (som skyldes henfall til partikler som ikke observeres i detektoren). Fra det siste resultatet kan vi slutte at det bare er tre generasjoner av lette nøytrinoer i universet og vi kan sette strikte grenser for eksistensen av nye partikler i energiområdet tilgjengelig ved LEP.

Fra 1996 ble LEP oppgradert for å kjøre med høyere energi (LEP200). Energien var høy nok til at W^+- og Z⁰ bosoner kunne produseres i par. Disse prosessene var aldri observert før, og det er knyttet stor interesse til de presise målingene som er gjort, og som delvis ikke er helt ferdig, av denne prosessen. Den høye energien, som nådde omkring 210 GeV i LEPs siste kjøreår (2000), åpnet et nytt vindu i søket etter ennå uobserverte partikler. Det var stor spenning knyttet til søk etter Higgsbosoner og såkalte supersymmetriske partikler som kunne produseres ved LEP200. Teorien for supersymmetri innebærer både flere Higgsbosoner, supersymmetriske feltformidlingspartikler foruten supersymmetriske kvarker og leptoner. I tillegg til slike søk har hendelser der ett av de innkommende elektronene stråler ut et foton blitt brukt til å studere e⁺e^--kollisjoner i hele energiområdet mellom LEP200 og Z^o -massen.

Hovedtyngden av analyse av LEP-dataene avsluttes i løpet av 2002. Sjansene for nye og overraskende resultater eller oppdagelser er minimale, men det gjenstår en god del arbeid før de siste resultater basert på data fra DELPHI-eksperimentet publiseres. Det som er igjen av DELPHI-gruppen i Oslo konsentrerer seg om å publisere med minst mulig usikkerhet og modellavhengighet de stort sett negative resultatene fra søket etter Higgsbosonene (et lite unntak er det tvilsomme beviset for Higgsbosonet i standardmodellen med masse ca. 115 GeV/c²). Mange av analyseteknikkene som ble utviklet for Higgssøkene er også relevante for gruppens neste storprosjekt, ATLAS-eksperimentet ved LHC. Noen av disse ble ikke helt ferdigutviklet og kan forbedres i forbindelse med studier av eksisterende data fra LEP.

Forslag for hovedfagsprosjekter:

1. I løpet av 2002 skal "LEP Higgs Working Group" kombinere Higgssøk-resultatene fra de fire LEP-eksperimentene for alle siste gang og lage en endelig, omfattende publikasjon om Higgssøkene ved LEP. Målet med prosjektet er å bidra til det omfattende kombinasjonsarbeidet.

2. Resultatene fra Higgssøket skal i fremtiden kombineres først med resultater fra Tevatronen ved Fermilab (CDF- og D0-eksperimentene) og senere muligens med resultater fra LHC. Målet med prosjektet er å finne en måte å videreføre de eksisterende søkresultater fra LEP, som er komplisert og tungvint, som gjør det praktisk og meningsfylt å diskutere et felles resultat for Higgssøk "LEP+Tevatron+LHC".

3. En teknikk for interpolering av fordelinger (f.eks. fordeling av invariant masse) ble utviklet for å gjøre det mulig å bruke eksisterende simuleringsresultater for å finne fordelingen for en ny verdi av modellparameteren. Denne teknikken er nesten ferdigutviklet (i FORTRAN77) for fordelinger i én dimensjon, men dagens løsning for fordelinger i to dimensjoner er primitiv. Målet med prosjektet er å implementere interpolering av histogrammer i C++, med litt større fleksibilitet enn dagens FORTRAN77-versjon, og å forbedre den eksisterende, men primitive løsningen for to dimensjoner.

4. Programmet som brukes både av DELPHI-eksperimentet og LEP Higgs Working Group for å kombinere og analysere søkresultater skal oversettes til C++ og forhåpentligvis anvendes mot LHC-virksomheten. Det er allerede en hovedfagsstudent som jobber med dette, men arbeidet er omfattende og det er plass for flere bidrag. Målet med prosjektet er å oversette analyseteknikkene til et objektorienterert rammeverk, å forbedre brukervennligheten, og å inkludere flest mulig alternative analysemetoder i samme rammeverk.