Введение

DELPHI (Детектор с идентификацией лептонов, фотонов и адронов) был одним из четырех основных детекторов Большого электронно-позитронного коллайдера (LEP) в CERN, одного из крупнейших ускорителей частиц, когда-либо созданных. Как и три других детектора, он регистрировал и анализировал результаты столкновений пучков частиц LEP. DELPHI был специально разработан для идентификации частиц, получения трехмерной информации, высокой детализации и точного определения координат вершин.

Строительство

Строительство DELPHI началось в 1983 году и было завершено в 1988 году, к моменту начала эксплуатации LEP в 1989 году. Центральная секция была сохранена и перемещена в неиспользуемое помещение (ныне место расположения эксперимента LHCb), где она была подготовлена как музейная экспозиция.

Экспериментальная установка

DELPHI имел форму цилиндра длиной и диаметром более 10 метров и весом 3500 тонн. В процессе работы электроны и позитроны, ускоренные в ускорителе, двигались по трубе, проходящей через центр цилиндра, и сталкивались в середине детектора. Продукты столкновения распространялись от трубы наружу и анализировались множеством субдетекторов, предназначенных для идентификации природы и траекторий частиц, возникших в результате столкновения.

Поддетекторы

В цилиндрической части детектора было пять трековых детекторов: вершинный детектор (VD), внутренний детектор (ID), камера временных проекций (TPC), внешний детектор (OD) и цилиндрические мюонные камеры (MUB). Недолгоживущие частицы обнаруживаются путем экстраполяции траекторий к точке взаимодействия. Детектор ID, расположенный между VD и TPC, предоставляет промежуточные данные о положении и сигналы запуска. Две составляющие детектора – дрейфовая камера JET и триггерные слои (TL) – формируют точки на траектории и обеспечивают покрытие по полярному углу. Газ, используемый в камере JET, состоит преимущественно из CO2 с небольшим добавлением изобутана, что обеспечивает одновременное прихождение сигналов, вызванных траекториями частиц. Детектор OD обеспечивает окончательные измерения направления после детектора кольцевого излучения Черенкова Barrel RICH. Это достигалось использованием двух излучателей RICH с различными показателями преломления для идентификации частиц в разных диапазонах. Детектор Barrel RICH и детектор Forward RICH представляли собой два независимых детектора, охватывающих различные полярные углы.

Камеры слежения

В передней части детектора также располагались четыре различных камеры слежения: передние камеры A (FCA) и B (FCB), самый передний трекер (VFT), передние мюонные камеры (MUF) и окружающие мюонные камеры (SMC). Передний электромагнитный калориметр (FEMC) состоял из двух дисков диаметром 5 м, изготовленных из свинцового стекла. Дополнительные сцинтилляторы были установлены для того, чтобы высокоэнергетичные фотоны не выходили за пределы детектора. Светимость измерялась с помощью калориметра малых углов (STIC) и теггера очень малых углов (VSAT). Для измерения светимости необходимо подсчитать число событий известного процесса, которым в эксперименте DELPHI было выбрано рассеяние Бхабха на малых углах. STIC представляет собой свинцовый сцинтилляционный калориметр, состоящий из двух цилиндрических детекторов, расположенных по обе стороны от точки взаимодействия, и охватывающий большую угловую область. VSAT состоит из четырех калориметрических модулей и предназначен для регистрации электронов и позитронов, образующихся при рассеянии Бхабха.

Система срабатывания

Целью триггерной системы DELPHI является отбор всех событий, возникающих при первоначальных электрон-позитронных взаимодействиях. Триггерная система имеет четыре уровня селективности, последовательно возрастающих по строгости (T1, T2, T3, T4), при этом данные от каждого субдетектора используются для принятия решения о триггере на первых двух уровнях. Последние два уровня представляют собой программные фильтры.

Результаты

Данные, полученные в DELPHI, позволили впервые изучить реакцию →. Это было достигнуто за счет использования энергий в системе центра масс, превышающих порог рождения пары WW. По этим данным была определена масса W-бозона как 80,40 ± 0,45 ГэВ/c², которая затем была объединена с результатами других коллабораций LEP для получения окончательного результата, согласующегося с данными других экспериментов. Бозон Хиггса также представлял большой интерес для эксперимента DELPHI, поскольку бозоны Хиггса рождаются в -столкновениях. Сечение этого взаимодействия сильно зависит от массы Хиггса, поэтому его можно вычислить на основе измерений. Определить массу бозона Хиггса с помощью DELPHI не удалось, поэтому был установлен лишь предел исключения на массу. Кроме того, в период сбора данных LEP1 в 1989–1995 годах исследовались адронные и лептонные распады Z-бозона при энергии 91 ГэВ и измерены ширины различных каналов распада. Результаты хорошо согласовались с предсказаниями и ожиданиями Стандартной модели. Впоследствии, в 1995 году, эксперимент проводился при промежуточных энергиях 130 и 136 ГэВ, где, совместно с другими экспериментами LEP, полученные результаты соответствовали теоретическим предсказаниям.