博士论文-BESIII实验上J/ψ衰变中新强子态的寻找和研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄燕萍 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 金山 |
| 关键词 | 新强子 强子谱 J/ψ衰变 胶球 分波分析 |
| 学位专业 | 粒子物理与原子核物理 |
| 中文摘要 | 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/\psi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/\psi衰变和粲物理。因此，利用BESIII实验获取的J/\psi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新的探测器的性能，尤其是Monte Carlo模型的可靠性非常重要，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220M J/\psi及110M的\psi^\prime事例样本在\psi^\prime\to\pi^+\pi^-J/\psi\\(J/\psi\to\gamma p\bar{p})及J/\psi \rightarrow \gamma p \bar 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，并与BESII实验结果在误差范围内是一致的。研究结果表明仅用纯FSI效应很难拟合p\bar{p}不变质量阈值结构，而包含FSI(I=0)效应的Breit-Wigner共振态可以很好地描述阈结构，并得到该共振态的质量为M=1841.6^{+11.4}_{-4.3}(stat) ^{+8.3}_{-20.0}(syst) MeV/c^2$，在90%置信水平下宽度的上限为\Gamma<68MeV/c^2，分支比为B(J\psi\to\gamma X)\cdot B(X\to p\bar{p})=(6.3^{+0.2}_{-0.3}(stat) ^{+1.0}_{-0.5}(syst))\times10^{-5}。该共振态的角分布与J^{PC}为0^{-+}的量子态的预期一致。在\psi^\prime\to\gamma p\bar{p}过程中，并没有观测到明显的p\bar{p}不变质量阈增长结构，当将其p\bar{p}不变质量阈结构固定为J/\psi\to\gamma p\bar{p}中考虑FSI(I=0)效应的共振态质量和宽度时，\psi^\prime与J/\psi的辐射衰变分支比相对比为B (\psi^\prime\to\gamma X(X\to p\bar{p}))/B(J/\psi\to\gamma X(X\to p\bar{p}))=(5.2^{+1.0}_{-1.2})%，相对于“12%规则”有明显压低。 在J/\psi\to\gamma\pi^+\pi^-\eta^\prime分析中，我们确认了BESII中发现的X(1835)的存在，同时还观测到两个新的共振态X(2120)和X(2370)。仔细的本底研究表明这三个共振态并非来源于本底，通过质量谱拟合和非常详细的系统误差分析得到它们的质量、宽度和分支比分别为:; X(1835)：; M=1840.0\pm3.2(stat)^{+3.1}_{-0.1}(syst)MeV/c^2; Gamma=191.7\pm9.1(stat)^{+9.1}_{-40.1}(syst)MeV/c^2; B(J/\psi\to\gamma X)\cdot B(X\to\pi^+\pi^-\eta^\prime)=(2.8\pm0.1(stat)^{+0.3}_{-0.8}(syst))\times10^{-4}; X(2120)：; M=2124.7\pm6.1(stat)^{+2.1}_{-0.1}(syst)MeV/c^2; Gamma=129.4\pm20.0(stat)^{+1.1}_{-39.1}(syst)MeV}c^2; B(J/\psi\to\gamma X)\cdot B(X\to\pi^+\pi^-\eta^\prime)=(8.8\pm1.1(stat)^{+1.0}_{-4.1}(syst))\times10^{-5}; X(2370)：; M=2372.3\pm6.1(stat)^{+6.1}_{-0.1}(syst)MeV/c^2; Gamma=135.2\pm8.3(stat)^{+35.1}_{-32.1}(syst)MeV/c^2; B(J/\psi\to\gamma X)\cdot B(X\to\pi^+\pi^-\eta^\prime)=(8.8\pm1.2(stat)^{+1.0}_{-3.5}(syst))\times10^{-5}; 以上三个共振态的信号统计显著性分别大于24σ、7.2σ和7.4σ。; 在J/\psi\to\gamma K^+K^-\eta的分析中，在f_0(980)\eta的不变质量谱1.9GeV/c^2附近观测到了一个共振结构X(1900)。初步的分波分析表明该结构的自旋-宇称为0^-,质量和宽度分别为M=1862.0 \pm 6.1MeV/c^{2} ，\Gamma=180.0\pm 11.9$MeV/$c^{2}，相应的分支比为B(J/\psi\to\gamma X(1900))\cdot B(X(1900)\to f_0(980)\eta)\cdot B(f_0(980)\to K^+K^-) =(2.4^{+0.7}_{-0.1} (stat))\times 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。 |
| 学科主题 | 粒子物理与原子核物理 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209653]  |
| 专题 | 实验物理中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄燕萍. 博士论文-BESIII实验上J/ψ衰变中新强子态的寻找和研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
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