Wielki Zderzacz Elektronowo-Pozytonowy LEP
Lata sześćdziesiąte i początek siedemdziesiątych minionego wieku przyniosły sformułowanie jednej z przełomowych idei w fizyce cząstek elementarnych: unifikacji oddziaływań elektromagnetycznych i słabych. Według tej teorii, obie wyżej wspomniane siły przyrody, sprowadzają się do jednego „elektrosłabego” oddziaływania przy dostatecznie dużej skali energii. Idea ta niemal natychmiast uzyskała pierwsze, niezwykle ważne, potwierdzenie doświadczalne w 1973 roku poprzez rejestrację w Europejskim Laboratorium Fizyki Cząstek CERN pod Genewą tzw. prądów neutralnych związanych z wymianą neutralnego bozonu pośredniczącego Z. Cząstka ta, wraz ze swoim naładowanym partnerem bozonem W, zostały bezpośrednio zaobserwowane w roku 1983, też w CERN-ie. W ten sposób teoria elektrosłaba przeszła pomyślnie pierwsze, zasadnicze testy doświadczalne. Kolejnym zadaniem eksperymentatorów stało się sprawdzenie jej przewidywań w sposób bardziej precyzyjny, tzn. z co najmniej procentową dokładnością. Najlepszym środkiem do tego celu było zbudowanie zderzacza elektronów i pozytonów, pracującego przy energii zderzeń odpowiadającej masie bozonu Z, tj. około 91 GeV. W takim urządzeniu, zjawiska przewidywane przez teorię elektrosłabą powinny być obserwowane stosunkowo łatwo i często. W ten sposób, jeszcze w latach siedemdziesiątych XX-go stulecia, w CERN-ie narodziła się idea budowy nowego, wielkiego zderzacza LEP (Large Electron Positron Collider).
Eksperyment i detektor DELPHI
Początki eksperymentu DELPHI (DEtector with Lepton Photon and Hadron Identification), do którego włączyły się polskie grupy z Krakowa (Instytut Fizyki Jądrowej, Wydział Fizyki i Techniki Jądrowej AGH) i z Warszawy (Instytut Problemów Jądrowych, Uniwersytet Warszawski), sięgają 1980 roku. Eksperyment został zaprojektowany w geometrii 4π i składał się z warstw detektorów koniecznych do precyzyjnych pomiarów elektrosłabej części Modelu Standardowego. Cechą charakterystyczną detektora DELPHI była znakomita identyfikacja wszystkich typów cząstek powstających w zderzeniach e+ e–. Do tego celu użyty został detektor RICH (Ring Imaging Cherenkov), po raz pierwszy zastosowany w skali wielkiego eksperymentu. Drugim najważniejszym detektorem eksperymentu DELPHI stał się krzemowy detektor wierzchołka. Eksperyment DELPHI wyposażony też został w bardzo oryginalny kalorymetr elektromagnetyczny, jakim był detektor HPC (High Density Projection Chamber). W budowie tych właśnie trzech podzespołów brały udział polskie grupy.
Jesienią 1980 roku w Instytucie Fizyki Jądrowej powstała krakowska grupa DELPHI, która zaangażowała się w projekt krzemowego detektora wierzchołka. Obejmowały one udział w projekcie detektora, jego montażu i obsłudze, jak też zbudowanie wszystkich zasilaczy oraz systemu chłodzenia docelowego detektora. Programy symulacji, rekonstrukcji, wizualizacji, pozycjonowania i analizy danych napisane były z dużym wkładem Krakowa, a program do analizy i redukcji danych w czasie rzeczywistym wykorzystany był nawet przez inne eksperymenty LEP-owskie. W 1989 roku w Krakowie odbyło się kilkudniowe robocze spotkanie, dotyczące rozbudowy detektora wierzchołka. Uczestniczyło w nim około 40 osób.
Grupa z Wydziału Fizyki i Techniki Jądrowej AGH zajmowała się głównie analizami fizycznymi.
Grupa warszawska włączyła się do prac przy kalorymetrze HPC. W Warszawie powstało ok. 30% elementów konwerterów HPC, co przy tak dużym detektorze było niemałym przedsięwzięciem. Dziełem grupy warszawskiej było opracowanie, przetestowanie i wykonanie serii 500 liczników scyntylacyjnych z odczytem na włóknach optycznych. Liczniki włączone w układ wyzwalający DELPHI dawały sygnały przejścia oddziałującej elektromagnetycznie cząstki przez kalorymetr. Grupa warszawska była następnie przez całe lata odpowiedzialna za obsługę detektora HPC i tego systemu.
Znacząca część pracy polskich fizyków należących do współpracy DELPHI dotyczyła analizy fizycznej zebranych danych doświadczalnych. Badania krakowskie (IFJ i AGH), wykorzystujące próbkę danych zebranych w okresie LEP1 były prowadzone w trzech kierunkach. Pierwszym z nich była fizyka barionów pięknych i powabnych. Drugą dziedzinę badań stanowiły prace dotyczące korelacji Fermi-Diraca i Bose–Einsteina dla par identycznych hadronów. Pozwoliły one na zbadanie zależności rozmiaru obszaru emisji pary identycznych cząstek od masy hadronu. Trzeci kierunek prac dotyczył fizyki oddziaływań foton-foton. W tej dziedzinie wykonano pomiary dotyczące spektroskopii stanu ηc (2980) oraz pomiaru funkcji struktury elektronu. Ogółem fizycy krakowscy byli wykonawcami (jednoosobowo lub w kilkuosobowych zespołach) ponad dwudziestu publikacji współpracy DELPHI, przygotowali około 40 przyczynków do najważniejszych konferencji fizyki cząstek elementarnych oraz wygłosili 16 referatów konferencyjnych.
Badania grupy warszawskiej dotyczyły czterech dziedzin. W ramach fizyki kwarku pięknego, z wykorzystaniem danych zebranych w fazie LEP1, wykonano pierwszy w świecie pomiar czasu życia pięknych barionów używając protonu nie pochodzącego z barionu dziwnego w stanie końcowym oraz uczestniczono w wyznaczeniu tzw. pingwinowego stosunku rozgałęzienia kwarku pięknego na kwark dziwny i gluon. W dziedzinie fizyki oddziaływań foton-foton zbadano ekskluzywną produkcję par pionów i kaonów oraz uczestniczono w pracach dotyczących wyznaczenia funkcji struktury fotonu. Ostatnia tematyka dotyczyła poszukiwań bozonu Higgsa. Oprócz udziału w poszukiwaniu bozonu Higgsa przewidywanego w ramach Modelu Standardowego, przeprowadzono siedem analiz dotyczących poszukiwania jej odpowiednika oczekiwanego w modelach rozszerzających ten model.
Polskie grupy miały także przyjemność bycia gospodarzem jednego z dorocznych zebrań całej współpracy DELPHI, odbywających się poza „macierzystym” CERN-em. Konferencja odbyła się w 1999 roku w budynku Wydziału Fizyki i Techniki Jądrowej Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, a głównymi organizatorami były IFJ i AGH.
