BESIII实验上J/ψ衰变中新强子态的寻找和研究
量子色动力学是描述强相互作用的基本理论。目前自然界已发现的强子均由两个或者三个价夸克组成,而量子色动力学理论允许胶球、混杂态和多夸克态等新型强子的存在(目前实验上尚未确认它们的存在)。轻强子谱学是研究强子物理和QCD的重要内容。实验上寻找和研究新型强子,对于检验和发展强相互作用基本理论具有重大意义,一直是世界上许多高能强子物理实验的最重要物理目标之一。J/ψ衰变被公认为是寻找和研究新型强子的理想场所,而BESⅢ实验主要研究J/ψ衰变和粲物理,因此,利用BESⅢ实验获取的J/ψ数据进行新型强子的寻找和研究是本文的主要研究内容。
本文首先利用BESⅢ实验高统计量数据对带电径迹探测效率、粒子鉴别效率和光子的探测效率进行仔细的研究,并和Monte Carlo模拟结果对比。这对理解BESⅢ新探测器的性能,尤其是Monte Carlo模拟的可靠性非常重要,为BESⅢ物理分析的可靠性打下基础,并提供了来源于带电径迹探测效率、粒子鉴别效率和光子探测效率的系统误差。
利用BESⅢ采集的220MJ/ψ及110M的ψ'事例样本,在ψ'→π+π-J/ψ(J/ψ→γp(p))及J/ψ→γp(p)过程中都确认了BESⅡ中发现的质子-反质子不变质量阈增长结构X(1860)的存在,其质量和宽度与BESⅡ实验结果在误差范围内是一致的。研究结果表明仅用纯末态相互作用FSI效应很难拟合p(p)不变质量阈值结构,而包含FSI(I=0)效应的Breit-Wigner共振态则可以很好地描述阈结构,并得到该共振态的质量为M=1841.6011.4(stat)+8.3(syst)MeV/c2,在90％置信水平下宽度的上限为Г<68 MeV/c2,分支比为B(J/ψ→γX)·B(X→p(p))=(6.3+0.2(stat)+1.0(syst))×10-5。该共振态的角分布与JPC为0-+的量子态的预期一致。在ψ→γp(p)过程中,p(p)质量阈值附近的不变质量谱形状与J/ψ→γp(p)中的形状明显不同,ψ'衰变中的阈增长现象没有J/ψ衰变中显著。但当将其p(p)不变质量阈结构固定为J/ψ→γp(p)中考虑FSI(I=0)效应的共振态质量和宽度时,其统计显著性为4.4a,此时ψ’与J/ψ的辐射衰变分支比相对比为B(ψ→γX(X→p(p))/B(J/ψ→γX(X→p(p))=(5.2+1.0)％,相对于“12％规则”有明显压低。
在J/ψ→γπ+π-η'分析中,我们确认了BESⅡ中发现的X(1835)粒子的存在,同时还观测到两个新的共振态X(2120)和X(2370)。仔细的本底研究表明这三个共振态并非来源于本底,通过质量谱拟合和非常详细的系统误差分析得到它们的质量、宽度和分支比分别为:以上三个共振态的信号统计显著性分别大于24σ、7.2σ和7.4σ。
在J/ψ→γK+K-η的分析中,在f0(980)η的不变质量谱1.9 GeV/c2附近观测到了一个共振结构X(1900)。初步的分波分析表明该结构的自旋-宇称JPC为0-+,质量和宽度分别为M=1862.0±6.1 MeV/c2,Γ=180.0±11.9 MeV/c2,相应的分支比为B(J/ψ→γX(1900))·B(X(1900)→f0(980)η)·B(f0(980)→K+K-)=(2.4+0.7(stat))×10-5。
利用BESⅢ实验中获取的大统计量数据进行分波分析以确定以上各个新强子态的自旋-宇称将是下一步分析的主要研究内容。本文主要针对解决BESⅢ大统计量的数据的分波分析方法的难题,检验各种分波分析方法的可靠性,结果表明Binned Maximum Likelihood拟合分波分析方法成功地在三体衰变中解决了高统计量数据情况下分波分析速度慢的难题。
- 作者：
- 黄燕萍
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 粒子物理与原子核物理
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2010年
- 导师姓名：
- 金山
- 中图分类号：
- O572.243
- 关键词：
- 强子谱；分波分析；新强子态；J/ψ衰变；量子色动力学
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