北京谱仪Ⅲ上e+e-→π0π0J/ψ过程的截面测量和分波分析

论文摘要

重夸克偶素态,特别是粲偶素态粒子,是理解非微扰QCD及其与微扰QCD相互作用的理想平台;重夸克偶素在研究标准模型中QCD动力学机制及超越标准模型物理中起着重要作用。在DD阈值以下的粲偶素态可以被势模型很好地描述且在实验上得到了证实。然而,DD阈值以上的粲偶素谱非常复杂。此外,QCD理论也预言了胶球、混杂态、分子态和多夸克态等常规强子之外的奇特态强子;粲夸克能区为寻找这些奇特态强子及验证QCD理论提供了很好的平台。近些年来,一系列类粲夸克偶素,如Y（4260）和Zc等共振态结构的发现,预示着多夸克态、分子态、混杂态等奇特态粒子的存在。理论家们尝试各种理论模型来解释这些类粲夸克粒子,并对其质量、宽度和衰变模式等作出了不同的预言。但是,目前对这些类粲粒子的理解还停留在初级阶段,对它们内部动力学机制还没有清楚的认识。因此,实验上寻找更多衰变模式和提供更精确的测量对理解这些类粲偶素粒子的本质至关重要。本论文基于BESⅢ在e+e-对撞能量（?）s=3.8077～4.5995 GeV之间收集的总积分亮度为12.4 fb-1的数据,测量了e+e-→π0π0J/ψ过程的产生截面。中性道e+e-→π0π0J/ψ过程截面在误差范围内与带电道e+e-→π+π-J/ψ·过程截面的一半相符合。用一个指数函数与两个BW函数的相干求和概率密度函数拟合e+e-→π0π0J/ψ截面谱形,论文测量了在4.22 GeV附近共振态结构的质量和宽度,分别为M=（4221.3±1.7±1.2）MeV/c2和Γ=（46.1±3.2±2.5）MeV,与带电道e+e-→π+π-J/ψ过程中观测的质量和宽度相符合。受数据统计量的限制,仅发现了在4.32 GeV附近共振态结构存在的证据,其统计显著性为4.5σ。通过对四个大统计量能量点（?）s = 4.2263,4.2357,4.2438和4.2580 GeV的e+e-→π0π0J/ψ数据样本分波分析,论文测量出Z0c（3900）自旋宇称为JP=1+,相对于其它自旋宇称假设（JP = 0-1-,2+,2-）的统计显著性大于6σ。如果Zc0（3900）用Flatte-like函数描述,在固定g2/g1 = 27.1时,其耦合常数g1 =0.066±0.008±0.013与带电过程测量结果在误差范围内一致。对应极点位置为M=（3895.1±4.7±11.4）-i（28.4±4.0±13.7）MeV/c2,其中第一和第二项分别对应统计和系统误差。从分波分析结果中提取出e+e-→π0Zc0（3900）→π0π0J/ψ相对于e+e-→π0π0J/ψ过程的分支比,并由公式σπ0Z0c（3900）=R×σπ0π0J/ψ 计算出对应Y（4220）附近的截面。由于统计量的限制,很难就Y（4220）与Zc0（3900）的产生是否相关给出定论。未来更大统计量的数据将有望更进一步研究清楚Y与Z粒子的产生机制和相互关联性。此外,论文还对提高中性径迹,尤其是（反）中子的探测效率进行了研究。中性径迹的粒子鉴别（PID）在以中性粒子为主的物理过程中十分重要,但方法十分有限。比如在北京谱仪Ⅲ实验上通常根据径迹在电磁量能器（EMC）中沉积能量谱形来区别（反）中子和光子,但鉴别效率很低。飞行时间计数器（TOF）通常用于测量带电径迹的飞行时间,并用于带电粒子的鉴别。中性径迹在TOF的击中信息也可以用于测量中性径迹的飞行时间,这将为中性径迹的鉴别提供一种新的方法;同时将有效提高中性径迹,尤其是中子和反中子的探测效率。在本论文中,我们基于北京谱仪Ⅲ上TOF击中信息开发了新的算法来测量中性径迹的飞行时间。通过控制样本J/ψ→pnπ-+c.c.和J/ψ-→π+π-π0 提供的中性径迹样本,重建了中子、反中子及光子的飞行时间并研究了其重建效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 粒子物理学
•     1.1.1 基本粒子
•     1.1.2 四种相互作用力
•     1.1.3 弱电统一理论
•     1.1.4 量子色动力学
•     1.1.5 强子结构的夸克模型
•   1.2 夸克偶素
•     1.2.1 粲偶素能谱
•     1.2.2 粲偶素的衰变
•   1.3 奇特强子态
•   1.4 类粲夸克偶素
•     1.4.1 X粒子的研究现状
•     1.4.2 Y粒子的研究现状
•     1.4.3 Z粒子的研究现状
•   1.5 论文的选题和结构
• +e^-→π⁰π⁰J/ψ截面测量及分波分析的意义'>    1.5.1 e⁺e^-→π⁰π⁰J/ψ截面测量及分波分析的意义
•     1.5.2 论文结构
•   参考文献
• 第2章 实验装置
•   2.1 北京正负电子对撞机（BEPCⅡ）
•   2.2 北京谱仪（BESⅢ）
•     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 超导磁铁
•     2.2.6 μ子探测器MUC
•     2.2.7 触发系统
•     2.2.8 数据获取系统DAQ
•     2.2.9 控制系统
•   2.3 离线软件系统
•     2.3.1 模拟系统
•     2.3.2 刻度系统
•     2.3.3 重建系统
•     2.3.4 分析工具
•   2.4 中性径迹飞行时间重建算法
•     2.4.1 重建框架
•     2.4.2 控制样本研究
•     2.4.3 飞行时间重建效率
•   2.5 本章小节
•   参考文献
• +e^-→π⁰π⁰J/ψ截面测量'>第3章 e⁺e^-→π⁰π⁰J/ψ截面测量
•   3.1 软件框架和实验数据
•     3.1.1 数据点亮度和能量
•     3.1.2 MC模拟样本
•   3.2 事例挑选条件
•     3.2.1 初选条件
•     3.2.2 终选条件
•   3.3 本底分析
•   3.4 截面测量
•     3.4.1 信号提取
•     3.4.2 探测效率
•     3.4.3 截面计算
• +e^-→π⁰π⁰J/ψ截面谱形'>  3.5 拟合e⁺e^-→π⁰π⁰J/ψ截面谱形
•     3.5.1 考虑三个BreitWigner函数相干求和
•     3.5.2 指数函数与两个BreitWigner函数相干求和
•   3.6 系统误差
• +e^-→π⁰π⁰J/ψ面测量的系统误差'>    3.6.1 e⁺e^-→π⁰π⁰J/ψ面测量的系统误差
•     3.6.2 共振结构参数的系统误差
•   3.7 本章小节
•   参考文献
• +e^-→π⁰π⁰J/ψ分波分析及Z_c⁰（3900）自旋宇称的测量'>第4章 e⁺e^-→π⁰π⁰J/ψ分波分析及Z_c⁰（3900）自旋宇称的测量
•   4.1 实验数据样本
•   4.2 分波分析方法
•     4.2.1 振幅构造
•     4.2.2 Breit-Wigner函数
•     4.2.3 拟合方法
•   4.3 分波分析结果讨论
• c⁰（3900）为J^P=1⁺态的PWA'>    4.3.1 Z_c⁰（3900）为J^P=1⁺态的PWA
• c⁰（3900）自旋宇称为其它值的讨论'>    4.3.2 Z_c⁰（3900）自旋宇称为其它值的讨论
• c⁰自旋宇称为J^P=1⁺的显著性'>    4.3.3 Z_c⁰自旋宇称为J^P=1⁺的显著性
• +e^-→π⁰Z_c⁰（3900）→π⁰π⁰J/ψ分支比'>    4.3.4 提取e⁺e^-→π⁰Z_c⁰（3900）→π⁰π⁰J/ψ分支比
•   4.4 分波分析的系统误差
•     4.4.1 事例选择相关
•     4.4.2 振幅参数化
•     4.4.3 质量分辨
•   4.5 输入输出检查
•   4.6 本章小结
•   参考文献
• 第5章 总结和展望
• +e^-→π⁰π⁰J/ψ截面测量'>  5.1 BESⅢ实验上e⁺e^-→π⁰π⁰J/ψ截面测量
• c⁰（3900）自旋宇称的测量'>  5.2 Z_c⁰（3900）自旋宇称的测量
• 附录A 重建中性径迹飞行时间算法补充材料
•   A.1 控制样本事例选择条件
•   A.2 反中子在探测器中行为研究
• 附录B 分波分析补充材料
•   B.1 四个能量点分别分波拟合
• c⁰（3900）参数化情况下拟合分支比'>  B.2 不同Z_c⁰（3900）参数化情况下拟合分支比
•   B.3 与带电过程比较
•   B.4 其他点单独分波分析拟合结果
• c⁺→pη（π⁰）的寻找和分支比测量'>附录C 单卡比玻压低过程Λ_c⁺→pη（π⁰）的寻找和分支比测量
•   C.1 实验方法
•   C.2 软件框架和事例样本
•   C.3 事例挑选条件
•     C.3.1 初始事例挑选
• c⁺号选择'>    C.3.2 Λ_c⁺号选择
•     C.3.3 △E号区间
•   C.4 本底分析
• c⁺-→pη（π⁰）,η（π⁰）→γγ'>    C.4.1 衰变道Λ_c⁺-→pη（π⁰）,η（π⁰）→γγ
• c⁺→pη（π⁺π^-π⁰）衰变过程'>    C.4.2 Λ_c⁺→pη（π⁺π^-π⁰）衰变过程
•   C.5 信号提取和分支比计算
• c⁺→pη分支比'>    C.5.1 Λ_c⁺→pη分支比
• c⁺→pπ⁰衰变分支比上限'>    C.5.2 Λ_c⁺→pπ⁰衰变分支比上限
•   C.6 系统误差
•     C.6.1 单个过程系统误差
• c⁺→pη衰变过程同时拟合的系统误差'>    C.6.2 Λ_c⁺→pη衰变过程同时拟合的系统误差
• c⁺→pπ⁰支比上限的系统误差'>    C.6.3 Λ_c⁺→pπ⁰支比上限的系统误差
•   C.7 输入输出检查
• c⁺→pη程输入输出检查'>    C.7.1 Λ_c⁺→pη程输入输出检查
• c⁺→pπ⁰程输入输出检查'>    C.7.2 Λ_c⁺→pπ⁰程输入输出检查
•   C.8 本章小结
• 参考文献
• 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: 李佩莲

导师: 彭海平

关键词: 北京谱仪,类粲夸克偶素,截面,自旋宇称,分波分析

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: 148

文件大小: 13473K

下载量: 57