J/Ψ→（?）K+Σ0+c.c.的实验研究和η’衰变绝对分支比的测量

论文摘要

对于轻强子谱的研究一直是验证QCD非微扰理论的重要工具。北京谱仪（BESIII）上采集的世界上最大的J/ψ事例样本为轻强子谱的研究提供了非常好的条件。本论文主要介绍基于BESIII探测器在2009年和2012年采集的13亿J/ψ事例样本,对J/Ψ→（?）K+Σ0+c.c.的实验研究和对η’介子的主要衰变过程的绝对分支比的精确测量。在标准模型中,重子是由三夸克组成,由于三夸克系统的复杂性,目前对重子谱的相关研究仍然非常有限。粲偶素的衰变过程是研究重子谱的理想过程。该论文中,通过对J/Ψ→（?）K+Σ0+c.c.的分波分析,研究了该过程中的核子激发态和∑超子激发态。在所得到分波分析的最优解中,包含了N（2100）、N（2060）、N（1900）、N（1875）、N（1720）、∑（1660）、∑（1670）、∑（1730）、∑（1750）、∑（1775）和A（1520）重子激发态的贡献。通过对拟合结果的优化,分别测量了各个中间共振态的质量和宽度。利用分波分析的结果得到该过程的探测效率,测量了J/Ψ→（?）K+Σ0+c.c.分支比为（3.53 ± 0.02）× 10-4该结果与PDG中的结果一致。同时也测量包含各个中间过程的联合分支比。同时在该分析中,还首次观测到了同位旋破坏过程J/ψ→A（1520）+∑0+c.c.,并测量了其分支比为（3.46 ± 0.43）× 10-5这里误差只包含了统计误差。η’介子自上个世纪中叶被发现以来,在低能量子色动力学的研究中一直扮演着重要角色,有大量的理论研究和实验分析围绕其展开。但是由于重建η’单举过程的困难,在实验上没有对它衰变过程分支比的直接测量,仅有相对分支比测量值。该论文中,利用J/ψ → γη’衰变过程中辐射光子的对产生过程来重建光子动量,可以显著提高光子能量的分辨,进而成功重建了η’单举过程。基于此,精确测量了J/ψ→ γη’的绝对分支比（5.27±0.03 ± 0.05）× 10-3,该结果与PDG中的世界平均值在误差范围内相符合,但是精确度显著提高。同时该测量独立于η’介了的衰变的分支比。然后精确测量了η’介子五个主要衰变过程的绝对分支比,测量结果为B（η’→ γπ+π-）=（29.90±0.20±0.46）%,B（η’→ ηπ+π-）=（41.24±0.28± 1.16）%,（η’→ ηπ0π0）=（21.36±0.17±0.89）%,B（η’→γω）=（2.49±0.03±0.07）%,B（η’→γγ）=（2.33±0.02±0.03）%。这是实验上对η’这五个衰变过程的绝对分支比的首次直接测量,这些结果均与PDG中的值相符合。以上分支比结果中第一项误差为统计误差,第二项误差为系统误差。最后,还对北京谱仪中的光子转化为正负电子的过程的效率进行了详细研究。利用BESIII探测器在2.0-3.773 GeV范围内22个能量点采集的数据,通过对双光子过程e+e-→γ7过程的研究发现BESIII上对光子转化为正负电子的过程的蒙特卡洛模拟与真实数据相符合。蒙特卡洛模拟与真实数据的光子转化为正负电子的过程的效率差异在1%以内。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章引言

1.1 粒子物理学

1.2 标准模型

1.3 强子态

1.3.1 介子

1.3.2 重子

1.3.3 奇特强子态

1.4 J/ψ衰变

1.5 选题背景和论文结构

1.5.1 选题背景

1.5.2 论文结构

第二章北京正负电子对撞机和北京谱仪

2.1 北京正负电子对撞机

2.2 北京谱仪

2.2.1 束流管

2.2.2 主漂移室（MDC）

2.2.3 飞行时间计数器（TOF）

2.2.4 电磁量能器（EMC）

2.2.5 超导磁体

2.2.6 μ子计数器

2.2.7 触发判选系统

2.2.8 数据获取系统（DAQ）

2.2.9 离线软件系统

+Σ⁰+c.c.的实验研究'>第三章 J/Ψ→（?）K⁺Σ⁰+c.c.的实验研究

3.1 数据样本和蒙特卡洛模拟

3.2 事例选择

3.2.1 带电径迹的选择

3.2.2 光子的选择

3.2.3 粒子鉴别

3.2.4 运动学拟合

3.2.5 质量窗

3.3 本底研究

3.3.1 利用J/ψ单举MC样本

3.3.2 连续本底

0本底'> 3.3.3 含π⁰本底

3.4 分波分析

3.4.1 分波分析方法

3.4.2 费曼图计算系统（FDC）

3.4.3 Breit-Wigner形式

3.4.4 本底处理

3.4.5 中间共振态

3.4.6 分波分析拟合和最优解

3.4.7 自旋宇称

3.4.8 额外态检查

3.5 分支比测量

3.6 系统误差的估计

3.6.1 带电径迹重建效率

3.6.2 粒子鉴别

3.6.3 光子的探测效率

3.6.4 运动学拟合

3.6.5 质量窗截断值

3.6.6 中间共振态

3.6.7 J/ψ事例数

3.6.8 事例挑选系统误差总结

3.6.9 分波分析系统误差

3.7 本章小结

第四章 η'衰变的绝对分支比的精确测量

4.1 数据样本和蒙特卡洛模拟

+e^-（通过对产生过程）'> 4.2 J/ψ→γη',η'→Anything,γ→e⁺e^-（通过对产生过程）

4.3 J/ψ→γη',η'→X

4.3.1 一般事例选择条件

+π^-'> 4.3.2 J/ψ→γη',η'→γπ⁺π^-

+π^-η→γγ'> 4.3.3 J/ψ→γη'η'→ηπ⁺π^-η→γγ

0π⁰,η→γγ,π⁰→γγ'> 4.3.4 J/ψ→γη',η'→ηπ⁰π⁰,η→γγ,π⁰→γγ

+π^-π⁰,π⁰→γγ'> 4.3.5 J/ψ→γη',η'→γω,ω→π⁺π^-π⁰,π⁰→γγ

4.3.6 J/ψ→γη',η→γγ

4.4 系统误差估计

4.4.1 带电径迹重建效率

4.4.2 光子的探测效率

0/η重建效率'> 4.4.3 π⁰/η重建效率

4.4.4 运动学拟合

4.4.5 拟合范围

4.4.6 信号形状

4.4.7 本底形状

4.4.8 中间过程分支比

4.4.9 η'单举过程的系统误差

4.4.10 总系统误差

4.5 本章小结

第五章 BESIII上光子对产生过程的效率研究

5.1 双光子过程c.c.→γγ

5.2 c.c.→γγ（c.c.）

5.3 本章小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

博士期间发表的论文

附录A 纯中性过程中的EMC击中时间

文章来源

类型: 博士论文

作者: 马玉明

导师: 黄性涛,房双世

关键词: 北京谱仪,轻强子谱,衰变,重子激发态

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 山东大学

分类号: O572.33

DOI: 10.27272/d.cnki.gshdu.2019.000044

总页数: 118

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