J-ψ輻射衰變中X(1840)性質(zhì)與η’衰變的研究.pdf

1、在夸克模型中，強(qiáng)子由一對(duì)正反夸克或三個(gè)夸克組成;而描述強(qiáng)相互作用的基本理論——量子色動(dòng)力學(xué)(QCD)——預(yù)言膠球、混雜態(tài)和多夸克態(tài)這些新型強(qiáng)子的存在。因此在實(shí)驗(yàn)上尋找新型強(qiáng)子對(duì)檢驗(yàn)和發(fā)展QCD具有重要意義，也是許多高能物理實(shí)驗(yàn)的重要物理目標(biāo)之一。北京譜儀Ⅲ(BESⅢ)的工作能區(qū)在2 GeV至4.6 GeV，為(Τ)-粲能區(qū)物理的詳細(xì)研究提供了條件和機(jī)遇。J/ψ衰變一直被認(rèn)為是尋找和研究新型強(qiáng)子的理想場(chǎng)所。利用BESⅢ實(shí)驗(yàn)采集的世界上最大

2、的J/ψ數(shù)據(jù)樣本，本論文開展了J/ψ衰變中新型強(qiáng)子的尋找和研究，并對(duì)輕介子η'衰變作了深入的研究。
　　首先，本文利用BESⅢ采集的1.31×109個(gè)J/ψ事例，在J/ψ→γ3（π+π-）過程中確認(rèn)了X(1840)的存在;同時(shí)，首次在3(π+π-）不變質(zhì)量譜上p(p)質(zhì)量閾附近觀測(cè)到了顯著的“快速下降”形狀，并采用了兩種參數(shù)化方式對(duì)3（π+π-）不變質(zhì)量譜進(jìn)行擬合。第一種方案采用Flatté形式描述X(1840)的譜形，擬合給出g

3、3p(p)/g20=3.68±0.57(stat.);g2p(p)/g20代表X(1840)衰變中p(p)衰變道的耦合強(qiáng)度和其它衰變道耦合強(qiáng)度之和的比值，說明X(1840)和p(p)衰變道有很強(qiáng)的耦合。第二種方案采用相干涉的Breit-Wigner函數(shù)描述X(1840)的譜形，擬合給出X(1840)的質(zhì)量為M=1821.0±5.1±4.9 MeV/c2，寬度為Γ=71.1±12.0±13.9 MeV，級(jí)聯(lián)衰變分支比為B（J/ψ→γX）·

4、B(X→3(π+π-)）=(1.29±0.09±0.22)×10-5;與X(1840)發(fā)生干涉的共振態(tài)的質(zhì)量、寬度、分支比分別為M=1877.3±3.4±3.0 MeV/c2，Γ=33.4±7.3±4.5 MeV，B(J/ψ→γX)·B(X→3(π+π-)）=(0.76±0.05±0.14)×10-5，其統(tǒng)計(jì)顯著性大于3σ。這兩種方案都能合理地描述不對(duì)稱的3（π+π-）不變質(zhì)量譜，且以大于3σ的統(tǒng)計(jì)顯著性觀測(cè)到X(1840)和p(p)質(zhì)

5、量閾存在關(guān)聯(lián)的跡象，這說明可能存在一個(gè)與質(zhì)子-反質(zhì)子耦合很強(qiáng)的粒子。
　　其次，利用BESⅢ采集的1.31×109個(gè)J/ψ事例，對(duì)η'→γπ+π-的衰變機(jī)制進(jìn)行研究。分別采用模型依賴和模型無關(guān)的兩種參數(shù)化方式描述π+π-不變質(zhì)量譜:模型依賴的研究表明僅考慮ρ(770)共振態(tài)的貢獻(xiàn)或ρ(770)與ω兩者的貢獻(xiàn)，均不能描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。引入ρ(1450)共振態(tài)或者box anomaly的貢獻(xiàn)后，模型能夠較好地描述數(shù)據(jù)。但由于二者在η'衰變

6、中的分布非常相似，目前，還不能完全確定額外的貢獻(xiàn)是完全來自ρ(1450)或box anomaly。模型依賴擬合測(cè)得的ρ(770)共振態(tài)的質(zhì)量、寬度與Crystal Barrel實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果一致。本論文還對(duì)η'衰變到γρ(770)的分支比和η'通過ω、ρ(1450)(box anomaly)衰變到γπ+π-的級(jí)聯(lián)分支比進(jìn)行了測(cè)量，其中ρ(1450)(box anomaly)的級(jí)聯(lián)分支比的測(cè)量為世界上的首次測(cè)量。模型無關(guān)的研究表明在認(rèn)為η'

7、→γπ+π-過程為P波貢獻(xiàn)主導(dǎo)下，P波函數(shù)的二次展開項(xiàng)及ω貢獻(xiàn)的引入都是必須的，ω信號(hào)的統(tǒng)計(jì)顯著性大于34σ。
　　最后，利用BESⅢ于2009年采集的2.25×108個(gè)J/ψ事例，對(duì)J/ψ→γη'，η'→π+π-l+l-(l=e，μ)衰變過程進(jìn)行了研究。在π+π-e+e-不變質(zhì)量譜上觀測(cè)到一個(gè)清楚的η'信號(hào)，通過質(zhì)量譜的擬合和詳細(xì)的系統(tǒng)誤差分析，我們測(cè)量了其衰變分支比為B(η'→π+π-e+e-)=(2.11±0.12±0.14