BESⅢ实验中对奇异粲介子半轻衰变Ds+→η’e+ve及辐射衰变Ds+→γe+ve的研究

论文摘要

在标准模型中,描述夸克混合的Cabibbo-Kobayashi-Maskawa（CKM）矩阵一直是非常重要和基础的内容之一。半轻（纯轻）衰变因为其较大的分支比和简单的衰变形式为人们广泛研究。在半轻（纯轻）衰变中,强相互作用和弱相互作用可以很好的分离开来,通过研究衰变率提取出表征强相互作用的参数化形状因子（衰变常数）和夸克混合矩阵元,分别为描述强相互作用的QCD计算和夸克混合CKM矩阵元幺正性的检验和约束提供了重要的实验依据。2015年BESIII在质心能量（?）=4.178 GeV处获取了 3.19 fb-1的e+e-对撞数据,在该能量处得到了世界上数据量最大的Ds+Ds*-对。这将极大提高Ds+相关研究的精度,并为一些可能包含新物理的稀有衰变研究提供了机会。在基态粲强子中,相对于众多的D0/+介子的实验分析,含奇异夸克的Ds+介子因数据量的限制,研究较少,为了更好地理解Ds+介子的性质与其衰变中的强弱作用,我们研究了半轻衰变Ds+→η（’）e+ve衰变率。最近多个理论模型被相继用来计算形状因子ffη（’）,分别是格点QCD、讨论了夸克与胶子混合的QCD求和规则、光锥QCD求和模型,以及一些夸克模型。形状因子的测量对于调节约束这些理论是十分重要的。该过程的另一个吸引人的地方是胶子（gluon,g）在η—η’混合中可能起到了一个重要的作用,因为QCD的U（1）反常,η’中的夸克成分和胶子有较大的耦合。η和η’均可以表达为SU（3）味八重态uu+dd-2s/（?）与单态uu+dd-ss/（?）的混合,也可表达为uu+ddd与ss夸克成分的混合,其中后者的混合角φp可以从半轻衰变中提取出,对η’中是否有胶子成分的判断有重要作用。实验上,KLOE和LHCb实验组对混合角的测量精度不高,并没有明确的结论。利用公式cot4φp=ΓDs→η′e+ve/ΓDs+→ηe+ve/ΓD+→η′e+ve/ΓD+→ηe+ve,测量混合角φP,有助于我们理解η—η’-g混合的机制。在之前CLEO-c和BESIII合作组的实验中,因为数据量不大的原因,他们只对半轻衰变Ds+→η（’）e+ve的分支比做了测量,精度不高。因此,首次测量半轻衰变Ds+→η（’）e+ve动力学性质是很及时的,我们利用不同的参数化方法测量了形状因子f+Ds+→η（’）（0）与CKM矩阵元|Vcs|的乘积。对于两个参数的级数展开模型,结果分别是f+η（0）|Vcs|=0.4455±0.0053stat 士 0.0044syst,f+η’（0）|Vcs丨=0.477±0.049stat±0.011syst。我们利用双标记的方法测量了Ds+→η（’）e+ve的分支比,分别是BDs+→ηe+ve=（2.323±0.063stat±0.063syst）%,BDs+→η’e+v)e=（0.824±0.073stat±0.027syst）%。它们的精度比世界平均结果提升了 2倍。利用BESIII测得的BD+→（’）e+ve求得混合角φP=（40.1 士 2.1stat±0.7syst）°。在粒子衰变动力学的研究中,纯轻衰变对于理论来说是最简单的形式。由于螺旋度压低,赝标量介子P的纯轻衰变P→e+ve的衰变率要小得多。辐射一个光子却可以克服这种压低,这是因为光子本身具有自旋,使得衰变前后自旋守恒。这样纯轻辐射衰变P→γe+ve的衰变率比P→e+ve高出103一105倍。理论预言D（s）+→ γe+ve的分支比在10-5到10-3之间。在BESIII上寻找这些过程,可以帮助理解这个基本过程的动力学,并探究新物理的存在。2016年BESIII实验利用质心能量为（?）=3.773 GeV的数据寻找了D+→γe+ve的辐射纯轻衰变,没有发现明显的信号。在90%置信度下,得到基于Eγ>0.01 GeV的部分分支比的上限BD+→-γe+ve<3.0 × 10-5。相比于D+→ γe+ve的Cabibbo压低衰变,Ds+→γe+ve是Cabibbo允许过程,光前（light-front）理论与非相对论成分夸克模型（non-relativity constituent quark model）预言其分支比为 10-5 到 10-4。此外有理论认为在长程作用的贡献下其分支比会达到10-4。还有一些结合了重夸克有效理论的围绕量子色动力学预言其分支比达到10-3。这些理论都是基于粒子标准模型做出的,如果实验得到的分支比偏离以上结果,就有可能存在新物理的贡献。利用BESⅢ的数据,我们没有观测到Ds+→γe+ve的信号。在90%的置信度下,基于Eγ>0.01 GeV给出了部分分支比上限BDs+→γe+ve<1.3 × 10-4。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 粒子物理的标准模型
•   1.2 粲夸克和J/ψ粒子的发现
• s⁺与纯轻半轻衰变'>  1.3 奇异粲介子D_s⁺与纯轻半轻衰变
•   1.4 η-η'混合
•   1.5 论文结构
• 第二章 粒子物理实验介绍
•   2.1 BESIII线下软件框架
•   2.2 子探测器
•   2.3 触发
•   2.4 本章小结
• s⁺介子的实验分析方法'>第三章 D_s⁺介子的实验分析方法
•   3.1 分析环境
•   3.2 数据和蒙特卡洛
•   3.3 单标记事例挑选
•     3.3.1 带电粒子的选择
•     3.3.2 带电粒子鉴别
• s⁰重建'>    3.3.3 K_s⁰重建
•     3.3.4 中性粒子的选择
• s^-的本底检查'>    3.3.5 单标记D_s^-的本底检查
•     3.3.6 单标效率和产额
•   3.4 本章小结
• s⁺→η^'e+v_e半轻衰变的研究'>第四章 D_s⁺→η^'e+v_e半轻衰变的研究
•   4.1 选题动机
•     4.1.1 动力学研究之形状因子
•     4.1.2 η-η'混合
•   4.2 数据和蒙特卡洛
• s⁺→η^'e⁺v_e半轻衰变'>  4.3 D_s⁺→η^'e⁺v_e半轻衰变
• s⁺→η^'e⁺v_e的事例选择'>    4.3.1 D_s⁺→η^'e⁺v_e的事例选择
•     4.3.2 信号过程的本底研究
•     4.3.3 数据和MC经典分布的比较
•   4.4 分支比测量
•     4.4.1 信号效率和产额
•     4.4.2 相关公式
•     4.4.3 系统误差
•     4.4.4 结果
•   4.5 衰变率和形状因子
•     4.5.1 研究方法
•     4.5.2 衰变率
•     4.5.3 强子形状因子
•     4.5.4 分宽度拟合
•     4.5.5 参数系统误差拟合
•     4.5.6 形状因子的测量
•   4.6 分支比与形状因子的联合统计
•     4.6.1 分支比
•     4.6.2 形状因子
•   4.7 本章小结
• s⁺→γe⁺v_e辐射轻子衰变分支比测量'>第五章 D_s⁺→γe⁺v_e辐射轻子衰变分支比测量
•   5.1 选题动机
•   5.2 数据和蒙特卡洛
• s⁺→γe⁺v_e的蒙特卡洛模型'>    5.2.1 D_s⁺→γe⁺v_e的蒙特卡洛模型
•   5.3 事例选择和本底分析
• s⁺→γe⁺v_e事例挑选'>    5.3.1 D_s⁺→γe⁺v_e事例挑选
•     5.3.2 运动学拟合
•     5.3.3 本底分析
•   5.4 分支比上限的测量
•     5.4.1 信号模型和效率
• miss分布'>    5.4.2 拟合U_miss分布
•     5.4.3 上限
•     5.4.4 系统误差
•     5.4.5 结果
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• s⁺→η^'e⁺v_e分析的输人输出检查'>附录A D_s⁺→η^'e⁺v_e分析的输人输出检查
•   A.1 分支比
•   A.2 形状因子
• s⁺η^'e⁺v_e分析中14个单标记道的效率矩阵'>附录B D_s⁺η^'e⁺v_e分析中14个单标记道的效率矩阵
• s⁺→η_γγe⁺v_e对应的各单标记道效率矩阵'>  B.1 D_s⁺→η_γγe⁺v_e对应的各单标记道效率矩阵
• s⁺→γe⁺v_e分析中的输入输出检查'>附录C D_s⁺→γe⁺v_e分析中的输入输出检查
• 科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 杨友华

导师: 陈申见

关键词: 介子,半轻衰变,辐射衰变,形状因子,混合,分支比

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 南京大学

分类号: O572.33

总页数: 143

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