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北京谱仪Ⅲ上Λc+的产生行为研究和连续能区R值的精确测量

2020-12-02阅读(906)

北京谱仪Ⅲ上Λc+的产生行为研究和连续能区R值的精确测量

论文摘要

在粒子物理学中,作为标准模型的重要组成部分的量子色动力学是允许我们计算夸克与胶子在极小距离内的传播和相互作用的量子场理论,然而当今的粒子物理实验不能直接观测到孤立于强子的夸克和胶子。夸克和胶子的碎裂过程因其本身的复杂性而尚未被以第一性原理的角度理解。因此,利用正负电子对撞实验来研究强子,尤其是带有重味夸克的强子的产生和衰变就成了研究夸克与胶子如何形成强子,进而组成我们所处的物质世界的强有力的手段之一。近年来,随着北京谱仪Ⅲ探测器上物理数据的不断累积,对粲重子∧c+在其运动学阈值附近的产生行为的研究成为可能。我们利用北京谱仪Ⅲ在质心能量s=4574.5,4580.0,4590.0和4599.5 MeV采集的数据,以极高的精度测量了正负电子对撞产生粲重子对,即e+e-→∧c+∧c-的截面。在测量中,粲重子的十个Cabibbo-favored衰变道被用来独立地重建∧c+和∧c-粒子,每一个衰变道都会得到一个截面值。最终e+e-→∧c+∧c-的玻恩截面值是各个衰变道得到的截面值的加权平均。实验在质心能量仅高出粲重子对产生阈值1.6 MeV的4574.5 MeV处测得了迄今为止最为精确的截面值:236±11±46 pb,这里第一项为统计误差第二项是系统误差。这一结果清楚地表明了该过程在阈值附近显著的截面增强现象,预示着粲重子复杂的产生机制。此外,利用质心能量点s=4574.5和4599.5 MeV处大统计量的数据,我们首次在实验上通过测量粲重子产生时的极角角分布获得了粲重子的电形状因子GE与磁形状因子GM的比值|GE/GM丨,其结果分别为1.14±0.14±0.07和1.23±0.05±0.03。这些测量结果为粲重子的产生机制和内部结构的深入研究提供了前所未有的高精度的实验资料。作为正负电子对湮没产生强子的总截面与产生μ轻子对的截面之比,R值测量对精确检验标准模型及量子色动力学具有重要意义。R值测量精度的提高对改善跑动的电磁耦合常数在Z波色子质量处的取值a（MZ2）以及μ子反常磁矩aμ的测量精度有极大帮助。利用北京谱仪Ⅲ采集的数据,我们在连续能区s=2.2324至3.6710 GeV共计14个能量点系统地研究强子事例挑选策略,开发并优化相应的蒙特卡洛模拟工具,计算了初态辐射修正因子,为R值测量作了充分准备。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 粒子物理学
  •     1.1.1 亚原子物理简史
  •     1.1.2 标准模型
  •   1.2 强子谱学
  •     1.2.1 普通强子态
  •     1.2.2 奇特强子态
  •   1.3 论文的选题与结构
  •     1.3.1 研究粲重子的产生行为的意义
  •     1.3.2 R值的测量意义
  •     1.3.3 论文的结构
  • 第2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简介
  •   2.2 北京谱仪简介
  •     2.2.1 束流管
  •     2.2.2 主漂移室
  •     2.2.3 飞行时间探测器
  •     2.2.4 电磁量能器
  •     2.2.5 μ子鉴别器
  •     2.2.6 超导磁体
  •     2.2.7 电子学系统
  •     2.2.8 触发判选系统
  •     2.2.9 在线数据获取系统
  •   2.3 北京谱仪离线数据处理和分析系统
  •     2.3.1 软件平台
  •     2.3.2 探测器模拟
  •     2.3.3 探测器的离线刻度
  •     2.3.4 离线事例重建系统
  •     2.3.5 物理分析工具软件
  •   2.4 本章小结
  • 第3章 粲重子对在阈值附近的产生行为研究
  •   3.1 背景简介
  •   3.2 数据样本和MC模拟
  •   3.3 截面测量
  •     3.3.1 信号道与事例选择
  • BC'>    3.3.2 能量差值△E和束流约束质量MBC
  •     3.3.3 本底研究
  •     3.3.4 信号产额与探测效率
  •     3.3.5 系统误差的研究
  •     3.3.6 平均截面的测量
  •   3.4 极角分布研究
  •     3.4.1 本底研究
  •     3.4.2 提取产额与效率
  •     3.4.3 角分布结果
  •     3.4.4 检查和讨论
  •   3.5 总结与讨论
  • 第4章 连续能区R值的精确测量
  •   4.1 背景介绍
  •   4.2 数据样本和蒙特卡洛模拟
  •   4.3 事例筛选
  •     4.3.1 Bhabha和Di-gamma事例的排除
  •     4.3.2 好带电径迹的判选
  •     4.3.3 孤立光子的判选
  •     4.3.4 强子事例的判定
  •   4.4 确定强子事例产额
  •     4.4.1 束流相关本底的研究
  •     4.4.2 QED过程本底事例数的估计
  •     4.4.3 各本底过程的总结
  •   4.5 强子探测效率的估计
  •     4.5.1 隆德弦碎裂强子化模型
  •     4.5.2 LUARLW产生子的功能
  •     4.5.3 产生子的调节和一叉强子事例
  •   4.6 初态辐射修正的研究
  •     4.6.1 初态辐射的定义
  •     4.6.2 零阶强子截面
  •     4.6.3 真空极化效应对初态辐射因子的贡献
  •     4.6.4 初态辐射修正的费曼图方案
  •   4.7 本章小结
  • 第5章 总结与展望
  • 参考文献
  • 附录A 遍举过程初态辐射修正因子的计算
  •   A.1 初态辐射修正因子的MC模拟
  •   A.2 初态辐射修正因子的数值计算
  •   A.3 MC模拟与数值计算的比较
  • 附录B 束流能散的研究
  •   B.1 束流能散数值的确定
  •   B.2 基于MC模拟的输入输出检查
  • 附录C 协方差矩阵的构造
  • 致谢
  • 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 王维平

    导师: 黄光顺

    关键词: 粲重子,产生行为,形状因子,初态辐射修正

    来源: 中国科学技术大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学

    单位: 中国科学技术大学

    分类号: O572.2

    总页数: 144

    文件大小: 11557K

    下载量: 38

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