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，強子由一對正反夸克或三個夸克組成;而描述強相互作用的基本理論——量子色動力學(QCD)——預言膠球、混雜態(tài)和多夸克態(tài)這些新型強子的存在。因此在實驗上尋找新型強子對檢驗和發(fā)展QCD具有重要意義，也是許多高能物理實驗的重要物理目標之一。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)物理的詳細研究提供了條件和機遇。J/ψ衰變一直被認為是尋找和研究新型強子的理想場所。利用BESⅢ實驗采集的世界上最大

2、的J/ψ數(shù)據(jù)樣本，本論文開展了J/ψ衰變中新型強子的尋找和研究，并對輕介子η'衰變作了深入的研究。
　　首先，本文利用BESⅢ采集的1.31×109個J/ψ事例，在J/ψ→γ3（π+π-）過程中確認了X(1840)的存在;同時，首次在3(π+π-）不變質(zhì)量譜上p(p)質(zhì)量閾附近觀測到了顯著的“快速下降”形狀，并采用了兩種參數(shù)化方式對3（π+π-）不變質(zhì)量譜進行擬合。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)衰變道的耦合強度和其它衰變道耦合強度之和的比值，說明X(1840)和p(p)衰變道有很強的耦合。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)計顯著性大于3σ。這兩種方案都能合理地描述不對稱的3（π+π-）不變質(zhì)量譜，且以大于3σ的統(tǒng)計顯著性觀測到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與質(zhì)子-反質(zhì)子耦合很強的粒子。
　　其次，利用BESⅢ采集的1.31×109個J/ψ事例，對η'→γπ+π-的衰變機制進行研究。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)的貢獻或ρ(770)與ω兩者的貢獻，均不能描述實驗數(shù)據(jù)。引入ρ(1450)共振態(tài)或者box anomaly的貢獻后，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是完全來自ρ(1450)或box anomaly。模型依賴擬合測得的ρ(770)共振態(tài)的質(zhì)量、寬度與Crystal Barrel實驗組的結(jié)果一致。本論文還對η'衰變到γρ(770)的分支比和η'通過ω、ρ(1450)(box anomaly)衰變到γπ+π-的級聯(lián)分支比進行了測量，其中ρ(1450)(box anomaly)的級聯(lián)分支比的測量為世界上的首次測量。模型無關(guān)的研究表明在認為η'

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