català | castellano | english home   sitemap   legal notice   credits   contacte  
home home

Enrique Fernández

"Determination of the number of light neutrino species"
Physics Letters B, 231 (1989), p. 519-529

"Searches for new particles in Z decay using ALEPH detector"
Physics Reports, 216 (1992), p. 253-340

"A precise determination of the number of families with light neutrinos and the Z boson partial widths"
Physics Letters B, 235 (1990) p. 399-411


ABSTRACT

"Determination of the number of light neutrino species"
The cross-section for e+e- to hadrons in the vicinity of the Z boson peak has been measured with the ALEPH detector at the CERN Large Electron positron collider, LEP, Measurements of the Z mass, Mz=(91.174± 0.070) GeV, the Z width ∆z=(2.68 ± 0.15) GeV, and of the peak hadronic cross section Fpeak had=(29.3±1.2) nb, are presented. Within the constrains of the standar electroweak model, the number of light neutrino species is found to be Nv=3.27±0.30. This result rules out the possibility of fourth type of light neutrino at 98 % CL.



"Searches for new particles in Z decay using ALEPH detector"
During 1989 and 1990 over 200 000 hadronic and leptonic events, corresponding to about 8.5 pb-1 of data, were collected in a scan of the Z peak using the ALEPH detector at the e+e- collider, LEP. These data, at the highest centre-of-mass energy avalible to date in e+e- collisons, have allowed a broad range of searches for new particles and new phenomena to be performed in a mass range significantly higher than previously attainable. The searches performed by ALEPH for Higgs bosons, supersymmetric particles and leptoquarks, and for evidence of compositeness are reviewed. No positive signals have been observed but a comprehensive set of mass and coupling limits is presented. Branching ratio limits are given for a number of "rare" Z decays.  



"A precise determination of the number of families with light neutrinos and the Z boson partial widths
More extensive and precise results are reported on the parameters of Z decay. On the basis of 20 000 Z decays collected with the ALEPH detector at LEP we find Mz=91.182± 0.026 (exp.) ± 0.030 (beam) GeVGz = 2.541 ± 0.056 GeV and s0 had = 41.4±0.2 nb. The partial widths for the hadronic and leptonic channels are Ghad=1804±44 MeV, Ge+e- = 82.1 ±3.4 MeV, G m+m= 87.9 ± 6.1 MeV and Gt+t = 86.1 ± 5.6 Mev, in good agreement with the standard model. On the basis of the average leptonic widths, G1+1=83.9±2.2 Mev, the effective weak mixing angle is found to be sin2 qw (Mz) = 0.231 ±0.008. Using the partial widths calculated in the standard model, the number of light neutrino families is Nn=3.01 ± 0.15 (exp.) ± 0.05 (theor.).


ARTICLE

Aquests comentaris fan referència a les publicacions que han estat més citades de l'ALEPH i a la història del desenvolupament del Grup de Física d'Altes Energies de la Universitat Autònoma de Barcelona. Els tres articles esmentats comuniquen resultats obtinguts per l'experiment ALEPH, que té lloc al col·lisionador LEP d'electrons-positrons en el CERN. El grup de Física Experimental d'Altes Energies, integrat actualment per la Divisió Experimental de l'Institut de Física d'Altes Energies (IFAE), situat al campus de la UAB, ha estat membre de la col·laboració ALEPH des de 1986. Explicaré com el grup UAB-IFAE va entrar en col·laboració ALEPH i descriuré breument les idees essencials d'aquestes publicacions i la seva rellevància.

Vaig assabentar-me per primer cop que Espanya tornava a entrar al laboratori del CERN en algun moment de 1983. Els deu anys anteriors havia estat fora d'Espanya i, tret del grup del Centro de Investigaciones en Energía y Materiales (CIEMAT) a Madrid, no coneixia amb detall quins eren els projectes dels altres grups. Aquesta situació canvià el nombre d'aquell any, quan vaig rebre una carta de l'aleshores rector de la UAB, el professor Serra Ramoneda, que m'informava de les intencions i dels primers passos per a crear un grup a Barcelona i m'oferia un contracte a la UAB per tal d'assumir-ne la direcció. Després d'un intercanvi epistolar i de converses telefòniques amb Ramon Pascual i José M. Crespo, vaig finalment visitar la UAB el setembre de 1984 i, poc després, em vaig decidir a venir a Barcelona.

Una decisió crucial per a qualsevol grup experimental de física d'altes energies , i més si es tracta d'un grup nou, és la tria dels experiments en què s'ha d'implicar. Resultava força clar per a tots nosaltres que havíem d'entrar a formar part d'algun dels experiments del LEP. El LEP estava en procés de construcció al CERN i els experiments es trobaven en fase de preparació. Per mi, aquesta era també l'opció més desitjada, ja que havia anat treballant en la física d'electrons-positrons des de 1979 i volia continuar en aquest camp. A més, alguns estudiants de la Universitat de Barcelona havien estat enviats, a través del CIEMAT, al laboratori DESY d'Hamburg per a entrenar-se en física experimental d'altes energies amb la idea que tornessin a Barcelona per formar part dl nou grup.

El que no resultava tan clar era en quin dels quatre projectes en preparació havíem de participar. De fet, rebíem algunes pressions perquè entréssim als experiments L3 o DELPHI, ja que existeixen uns altres grups a Espanya que formaven part d'aquestes col·laboracions i hi havia certes reserves sobre si podríem reeixir nosaltres sols en un gran experiment del LEP perquè érem un grup molt petit. La història a partir d'aquest punt és llarga i només la descriuré molt breument.

La meva recomanació durant la visita a Barcelona el setembre de 1994 fou entrar en contacte amb l'experiment ALEPH i veure què hi podíem fer. En aquella època, el portaveu de la col·laboració ALEPH, el professor Jack Steinberger del CERN, fou invitat a Barcelona a fi de novembre d'aquell any i va manifestar clarament la seva disposició a rebre'ns a l'ALEPH. Vam presentar el nostre projecte a la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT) el febrer de 1985 i posteriorment a València, poc després de traslladar-me a Barcelona el maig d'aquell mateix any. En la trobada de València, el Comitè Assessor de la CICYT ens va demanar que exploréssim amb més detall què podíem fer en les col·laboracions ALEPH i DELPHI.

A partir del que havíem trobat hauríem de presentar un pla de treball en ambdues col·laboracions i, sobre la base d'aquest pla, el Comitè havia d'aprovar la nostra participació en l'un projecte o l'altre. Per tant, aproximadament durant els sis mesos següents  vam treballar sobre l'ALEPH i sobre el DELPHI. La tasca va ser particularment intensa durant l'estiu del 1985, al CERN , i recordo bé que vam haver de dues conferències, l'una a tota la col·laboració ALEPH a Londres. Després d'aquesta feinada, vam quedar convençuts que havíem d'entrar a l'ALEPH, convicció que vam transmetre al Comitè de la CICYT a principis de 1986. Comentaré breument per què em vaig inclinar vers ALEPH com a primera opció. Hi havia bàsicament tres raons:


- Durant els dos anys anteriors havia participat en la preparació per als experiments de l'accelerador de SLAC, que tenia els mateixos objectius que el LEP. Durant aquell període havia llegit detalladament les propostes del LEP i m'hi sentia particularment atret per la senzillesa conceptual del detector ALEPH.

- També creia, al contrari del Comitè de la CICYT, que no era bo per a nosaltres, un grup novell, haver-nos de recolzar en l'ajut d'uns altres grups espanyols . Era parer meu que això diluiria les nostres responsabilitats des de bon començament i actuaria en detriment del desenvolupament del nostre grup.

- També va passar que vaig assistir a un seminari que Jack Steinberger va fer a l'SLAC. Tot i que havia sentit històries sobre Steinberger, ja que no havia treballat als Estats Units amb dos dels seus antics estudiants de la Universitat de Columbia, i havia treballat entre 1974 i 1979 en física de neutrins, no l'havia vist mai personalment. Haig de confessar que la seva conferència em va impressionar molt. El seu llenguatge era precís, directe, i la seva presentació del detector ALEPH i dels seus objectius fou simple i clara. també va reconèixer els mèrits de la gent d'una manera ben elegant. I va finalitzar la seva conferència dient que la seva preparació de l'experiment ALEPH els donava, a ell i als seus col·laboradors, molt de "plaer". Qui sap! Potser aquella paraula fou decisiva en la meva elecció. Poc després de la visita de Steinberger a Barcelona hi vaig tenir la meva primera conversa per telèfon. Per una raó o una altra ell era a Pisa. Recordo que se suposava que jo li telefonaria al migdia (de Pisa), que corresponia a les tres de la matinada de Palo Alto. Vaig tenir la impressió que la conversa no havia anat gaire bé. Deixeu-me confessar que el Jack director del projecte no era tan amable com el Jack que s'adreçava a un auditori a l'SLAC, però això ho vaig aprendre molt millor amb el temps. En tot cas, però, vaig tenir en efecte un gran plaer treballant amb ell els tres anys següents.

Les publicacions 1 i 2 tracten aproximadament del mateix tema: la mesura del nombre de famílies de neutrins. La publicació 1 constituí la primera mesura de l'ALEPH, mentre que la publicació 2 conté una estadística molt més elevada.

El bosó Z es produeix en les col·lisions electro-positró d'una manera ressonant e+ i e- xoquen d'una manera que l'energia total en el sistema de referència en repòs és aproximadament igual que la massa del Z. Quan això passa, la probabilitat  d'interacció esdevé molt elevada: un fenomen ressonant, que pot ser ben descrit mitjançant la teoria quàntica de camps. Un cop s'ha format el Z, pot decaure en qualsevol parell fermió-antifermió amb què es pugui acoblar sempre que l'energia total del sistema fermió-antifermió, incloent-hi l'energia de massa en repòs dels fermions, no depassi l'energia disponible.

El 1981, Barbiellini et al (Phys. Lett. vol. 106 [1981], p. 414) havien proposat un mètode per a mesurar el nombre de famílies de neutrins fent funcionar el col·lisionador e+e- a una energia per sobre de la massa de Z. Si els electrons de l'estat inicial radiessin un fotó irradiat que seria igual, deixant a part algunes correccions, a la diferència entre l'energia de l'accelerador i la massa de Z. Si la Z decaigués en neutrons, no els veuríem, però sí que veuríem el fotó. El ritme d'aquesta reacció depèn del nombre de famílies de neutrins que s'acoblen a Z. Aquest mètode fou analitzat amb molt de detall durant la preparació d'experiments per l'SLC i per al LEP, i fou finalment utilitzat en el LEP per a mesurar el nombre de famílies de neutrins. Tanmateix, no resulta un mètode convenient perquè exigeix fer funcionar l'accelerador durant una estona força llarga a una energia fixada per sobre de la massa de Z, en què la producció d'esdeveniments és més petita que a energies molt properes a la massa de Z.

No gaire després, hom es va adonar (aquesta observació és atribuïda a G. Feldman) que es podrien emprar els mateixos esdeveniments aplegats a energies properes o iguals a la massa de Z per a mesurar la quantitat de famílies de neutrins. Això és degut al fet que hi ha una relació definida entre la secció eficaç d'un parell donat de fermió i antifermió, la massa de Z, la seva amplada total i les amplades parcials de Z en aquell parell fermió-antifermió i en el parell electró-positró. En el LEP és possible mesurar molt bé la massa i l'amplada total de la Z, així com les seccions eficaces , i, per tant les amplades parcials, en tots els parells fermió-antifermió visibles amb el detector. Un cop s'ha aconseguit això, només cal sostreure a l'amplada total la suma de les amplades parcials. la diferència és l'amplada de Z en els estats finals no observables i és anomenada amplada invisible. Aquesta és la magnitud mesurada experimentalment.

Per a relacionar l'amplada invisible mesurada experimentalment amb el nombre de famílies de neutrins cal fer algunes hipòtesis. La més plausible és la del model estàndard; és a dir, l'amplada invisible és deguda exclusivament  als neutrins, que són les úniques partícules amb massa inferior a Z que no són visibles al detector. Amb aquesta hipòtesi, més el valor de l'amplada parcial de Z en un parell neutrí-antineutrí calculada en el model, podem deduir fàcilment el nombre de famílies de neutrins, dividint l'amplada invisible per la calculada amb una família. Quan es fa això, el resultat és Nn=3,27 (0,30) (ref. 1) Nn=3,01 (0,15) (exp.) (0,05) (teoria) (ref. 2)

Òbviament, aquesta mesura és molt important. En primer lloc, perquè és, en definitiva, la mesura d'una constant de la naturalesa. I, en segon lloc, perquè aquesta constant de la natura es refereix a una cosa que no és ben compresa perquè les partícules estan repetides en famílies amb propietats idèntiques.

La publicació 3 tracta de la recerca de noves partícules (diferents de les del model estàndard ja observades o d'unes altres de no contingudes en el model) en el detector ALEPH. Aquestes inclouen el bosó de Higgs, o compostos de quarks i de leptons, o quarks de quarta generació o partícules supersimètriques.  L'ALEPH és un detector especialment adient per a la recerca d'aquestes partícules, ja que té una cobertura geomètrica de gairebé 4 [número pi] estereoradiant i ben instrumentada. D'altra banda, el LEP donava un ambient molt net, el de les col·lisions e+e-, a energies substancialment més elevada que les observades anteriorment.

Encara que els resultats de les recerques fossin negatius, permeteren ampliar considerablement els límits existeixen anteriorment. L'article també conté una revisió general on s'explicava, en un sol document, totes les tècniques i tots els detalls experimentals per a la recerca de noves partícules.


Enrique Fernández
Institut de Física d'Altes Energies
Universitat Autònoma de Barcelona   


 


 


Font:


ROVIRA, Lluis; SENRA, Pau; JOU, David. Estudis bibliomètrics sobre la recerca en física a Catalunya. Barcelona: Institut D'Estudis Catalans, Arxius de les Seccions de Ciències, 2001. 80-83 p. ISBN 84-7283-577-4




bottom