STUDIER AV TAU-LEPTONET MED DELPHI DATA

En oppsummering av noen fysikkstudier på 1990-tallet

Tau-leptonet er det tyngste av de elektrisk ladde leptonene. Andre leptoner er myonet og elektronet (ladde), og tilhørende nøytrinoer (elektrisk nøytrale partikler). Gjeldende teori (Standardmodellen for elektrosvake vekselvirkninger) og eksperimentelle resultater tyder på at det bare er massen som skiller de ladde leptonene fra hverandre. Dette kalles lepton-universalitet, og i 'Feynmandiagrammet' avbildet nedenfor uttrykkes dette ved at koblingskonstantene, (d.v.s. de tre 'g-ene') er like.

Feynmandiagrammet skal leses som om tiden løper fra venstre mot høyre, og det viser altså diagrammatisk en prosess der et tau-lepton henfaller til et lettere ladd lepton (elektron eller myon) og to nøytrinoer. Vi etterprøver hypotesen om lepton-universalitet gjennom presisjonsmålinger av tau-leptonets henfall til henholdsvis myon og elektron (+ to uobserverte nøytrinoer). Dette tester universalitet av leptonenes kobling til W partikkelen (s.k. 'ladde' strømmer). Våre målinger har en relativ usikkerhet som ligger godt under en prosent, og er konsistente med universalitet. Universalitet antas også å gjelde i leptonenes kobling til Z0 partikkelen. Dette sjekkes ved m?ing av Z0 partikkelens henfallshyppighet til de forskjellige partiklene.

I tillegg er reaksjonen e+e- ---> Z0 ---> tau+ tau- unik idet en kan studere polarisasjonen av tau-partiklene. Polarisasjonen kan settes i sammenheng med den såkalte svake miksevinkelen. Dette er av de fundamentale størrelsene i Standardmodellen for partikkelfysikk, og tau-polarisasjon i DELPHI data gir et uavhengig, meget presist estimat av vinkelen. Massene til W og Z0 relateres ved hjelp av denne vinkelen. Videre trenges denne vinkelen for forutsigelser av massen til Higgs-partikkelen innen Standardmodellen.

DELPHI er et unikt eksperiment idet en ved hjelp av en såalt "Ring Imaging Cherenkov Counter" (RICH), har meget gode muligheter for partikkelidentifikasjon. Vi har utnyttet dette til å utføe måinger av tau leptonets forgreningsforhold til kaoner. Dette forgreningsforholdet er bl. a. bestemt av en annen 'miksevinkel' nemlig Cabbibo-vinkelen. Våe måinger er konsistente med gjeldende verdi av denne vinkelen.

Vi har også søkt etter forbudte, "leptontallsbrytende", henfall. Grenser for hyppigheten av disse vil være med â utelukke alternative modeller til "Standardmodellen".

Nye hovedoppgaver innen tau-fysikk pågrunnlag av DELPHI data vil ikke gis. Imidlertid vil det i data fra BaBaR eksperimentet også finnes STORE mengder tau-leptoner, og hovedoppgaver på grunnlag av disse dataene kan komme på tale.

Kontaktperson:

Førsteamanuensis Bjarne Stugu (bjarne.stugu@fi.uib.no)

Hovedoppgaver (ferdige):

Kari Marvik:
"Search for lepton flavor violating tau decays using the DELPHI detector." (1994)
Kristine Johansen:
"A Measurement of the Branching Ratio for the Decay tau --> e nu nubar using the
DELPHI Detector at LEP" (1997)
Katarina Pajchel:
"Measurements of Branching Fractions of tau Decays Involving Kaons" (1999)

Relevante Publikasjoner :

Her følger en oversikt over noen publikasjoner som vi har skrevet, eller bidratt til med delresultater.

Upper limits on the branching ratios \tau -> \mu \gamma and \tau -> e \gamma.
PostScript version ( Uncompressed ) - figures
PPE 95--115 (21 July 1995)
Phys. Lett. B359 (1995) 411

Measurements of the leptonic branching fractions of the tau.
PostScript version ( Uncompressed ) - figures
EP 99--46 (22 March 1999)
Eur. Phys. J. C 10, 201-218 (1999)

A Precise Measurement of the tau Polarisation at LEP-1
PostScript version ( Uncompressed )
CERN EP 99--161 (Submitted to E.Phys.J.C)

A Study of the Lorentz Structure in Tau Decays
PostScript version ( Uncompressed )
CERN-EP 2000-027 ( 2 February 2000)
(Submitted to E. Phys. J. C)

A Study of Charged Kaon Production in One-Prong tau Decays
Contribution to EPS-HEP99 (Tampere)
Postscript

Upper Limits on the Branching Ratios tau to mu gamma and tau to e gamma Using Data from DELPHI
Invited talk at the Third Intl. Workshop on Tau Lepton Physics,
19-22 September 1994 Montreux (Switzerland),
Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.) 40(1995) 289.
Postscript

Summary on tau Leptonic Branching Ratios and Universality
Invited talk at the Fifth Intl. Workshop on Tau Lepton Physics,
14-17 September 1998 Santander (Spain)
Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.) 76 (1999) 123.
Postscript

Some Studies of the tau-Lepton with Data from the Delphi Detector.
Talk at the 7th. Intl. Symposium on Particles, Strings and Cosmology.
Granlibakken, Lake Tahoe, California. December 10-16, 1999.
World Scientific: "Proceedings of Pascos-99" (2000) , 516-519.
Postscript