北京谱仪Ⅲ上e+e-→Φη’，ΦK+K-和K+K-K+K-过程中共振结构的寻找

论文摘要

BESⅢ合作组已经观测到许多无法用夸克偶素模型解释且JPC等于1--的共振结构,例如Y（4260）,Y（4230）和Φ（2170）。这里的Φ（2170）是粒子物理手册对Y（2175）的新的命名,BaBar合作组第一次通过e+e-→γISRΦ f0（980）的初态辐射过程观测到该共振结构,随后得到了 BES和Belle合作组的确认。强子跃迁过程是研究Y共振结构的很好的方法。实验上已经发现Y（4260）共振态可以通过发射一个η或者π介子衰变到J/ψ。理论家对于Y共振结构有着不同的理解,例如Y（2175）可以被当作ssg的混杂态、或者是23D1ss的激发态、或者是四夸克态,更或者是一个AA的束缚分子态,对于Y（2175）的衰变过程也给出了理论预言,因此实验上去测量产生截面和能量的依赖关系可以对理论的预言做出检验。基于北京正负电子对撞机上北京谱仪采集的从2.050到3.080 GeV能区的实验数据,通过研究e+e-→η’Φ和e+e-→K+K-Φ过程寻找Y（2175）新的衰变道。第一次高精度测量了 e+e-→ Φ η’过程的产生截面,在2.180GeV附近观测到了信号显著性超过12σ的共振结构。通过拟合截面随质心能量的关系曲线,提取了共振结构的参数质量中心值M=（2182.4 ± 5.1 ± 1.6）MeV/c2和宽度r=（142.2 ± 16.6 ± 0.0）MeV,这里的误差分别为统计误差和系统误差。根据守恒定律,可以推断该共振结构的量子数JPC等于1--。由于该共振结构的质量中心值十分接近Y（2175）共振态的质量,该共振结构很可能就是Y（2175）共振态。如果这个结论能够被证实,那么这将是首次观测到Y（2175）到Φη’新的衰变模式。DD产生阈值之上,在e+e-→K+K-J/ψ过程当中观测到了粲偶素矢量共振态。同粲夸克偶素（cc）一样,质量更轻的夸克可以形成奇异夸克偶素（ss）。类似的e+e-→ΦK+K 过程对于研究KK阈值以上的奇异夸克偶素共振态提供了很好的机会。量子数为1--的ssg混杂态可以通过（ssg→（ss）（gg）→Φππ）级联过程衰变到Φππ,其中ssg→Φf0（980）过程有很大的贡献。由于实验上已经发现了f0（980）（α0（980））,因此通过研究包含四个K介子的Φf0（980）/α0（980）的过程也有很重要的意义。理论家通过计算ΦK+K-三体相互作用,预言了在2.150GeV附近可能存在一个共振峰,同时理论给出的K+K-的不变质量很接近f0（980）的质量。该理论工作激发了实验家通过测量ΦK+K-和K+K-K+K-过程的产生截面和能量依赖关系来寻找未知的共振态。本次分析首次测量了 e+e-ΦK+K-过程的产生截面,同时相比BABAR合作组之前测量的e+e-→K+K-K+K-过程的产生截面,BESⅢ得到了更高精度的测量结果。在2.2324GeV能量点附近,BESⅢ和BaBar合作组得到了类似的截面增强现象。实验测量K+K-K+K-和ΦK+K-过程得到的截面和e+e-→Φπ+π-过程的截面随能量的变化关系有很大不同。由于共振结构质量中心附近只包括一个能量点,无法得出来自Φ（2170）的确定结论。尽管BaBar合作组没有直接测量e+e-→ΦK+K-过程的截面,但是他们通过有限的实验数据研究了 e+e-→Φf0（980）（f0（980）→K+K-）过程,并发现了类似的截面增强现象。阈值增强的能量点十分接近2.230GeV,因此也可能来源于AA的阈值效应。如果BESⅢ探测器能够采集更多该能量区间数据,证实来自的AA的阈值效应,那就为更好的理解重子对的阈值效应提供了另外一种新的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 物质微观结构及其理论发展
•   1.2 粒子物理学
•     1.2.1 标准模型
•     1.2.2 τ-粲能区的物理
•   1.3 论文选题依据
• +e^-→φη'过程产生截面的意义'>    1.3.1 测量e⁺e^-→φη'过程产生截面的意义
• +e^-→φK⁺K^-和K⁺K^-K⁺K^-过程产生截面的意义'>    1.3.2 测量e⁺e^-→φK⁺K^-和K⁺K^-K⁺K^-过程产生截面的意义
•     1.3.3 论文的结构
• 第2章 北京正负电子对撞机（BEPCⅡ）和北京谱仪（BESⅢ）探测器
•   2.1 北京正负电子对撞机（BEPCⅡ）简介
•   2.2 北京谱仪（BESⅢ）探测器简介
•     2.2.1 对撞区的束流管
•     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 超导磁铁
•     2.2.6 μ子探测器
•   2.3 本章小结
• +e^-→φη'的产生截面'>第3章 测量e⁺e^-→φη'的产生截面
•   3.1 研究背景
•   3.2 实验数据和蒙特卡洛样本
•     3.2.1 实验数据
•     3.2.2 蒙特卡洛样本
• +e^-→φη'过程的分析'>  3.3 在2.125 GeV能量点e⁺e^-→φη'过程的分析
•     3.3.1 事例选择条件
•     3.3.2 单举蒙特卡洛样本研究本底过程
•     3.3.3 实验数据和蒙特卡洛样本的比较
•     3.3.4 提取信号事例数
•     3.3.5 玻恩截面的测量
•     3.3.6 系统误差的估计
• +e^-→φη'过程在其他能量点的分析'>  3.4 e⁺e^-→φη'过程在其他能量点的分析
•     3.4.1 提取其他能量点信号事例数
•     3.4.2 玻恩截面的测量
• +e^-→φη'玻恩截面上共振态的研究'>  3.5 e⁺e^-→φη'玻恩截面上共振态的研究
•     3.5.1 共振态的拟合函数
•     3.5.2 玻恩截面随质心能量变化形状的拟合
•     3.5.3 共振态参数的系统误差
•   3.6 小结和讨论
• +e^-→φK⁺K^-和K⁺K^-K⁺K^-的产生截面'>第4章 测量e⁺e^-→φK⁺K^-和K⁺K^-K⁺K^-的产生截面
•   4.1 背景介绍
•   4.2 实验数据和蒙特卡洛样本
•     4.2.1 实验数据
•     4.2.2 蒙特卡洛样本
• +e^-→φK⁺K^-过程的分析'>  4.3 在3.080 GeV能量点e⁺e^-→φK⁺K^-过程的分析
•     4.3.1 事例判选条件
•     4.3.2 单举蒙特卡洛样本研究本底过程
•     4.3.3 实验数据和蒙特卡洛样本的比较
•     4.3.4 加权效率的计算
• +K^-不变质量谱的拟合'>    4.3.5 K⁺K^-不变质量谱的拟合
•     4.3.6 玻恩截面的测量
•     4.3.7 系统误差的估计
• +e^-→φK⁺K^-过程在其他能量点的分析'>  4.4 e⁺e^-→φK⁺K^-过程在其他能量点的分析
•     4.4.1 提取其他能量点信号事例数
•     4.4.2 玻恩截面的测量
• +e^-→K⁺K^-K⁺K^-过程的分析'>  4.5 在2.125 GeV能量点e⁺e^-→K⁺K^-K⁺K^-过程的分析
• +e^-→K⁺K^-K⁺K^-过程的事例判选条件'>    4.5.1 e⁺e^-→K⁺K^-K⁺K^-过程的事例判选条件
•     4.5.2 单举蒙特卡洛样本研究本底过程
•     4.5.3 实验数据和蒙特卡洛样本的比较
•     4.5.4 提取信号事例数
•     4.5.5 玻恩截面的测量
•     4.5.6 系统误差的估计
• +e^-→K⁺K^-K⁺K^-过程在其他能量点的分析'>  4.6 e⁺e^-→K⁺K^-K⁺K^-过程在其他能量点的分析
•     4.6.1 提取其他能量点信号事例数
• +e^-→K⁺K^-K⁺K^-玻恩截面的测量'>    4.6.2 e⁺e^-→K⁺K^-K⁺K^-玻恩截面的测量
•   4.7 小结和讨论
• 第5章 总结与讨论
•   5.1 奇异夸克偶素的激发态和可能存在的共振态结构
•   5.2 强子道截面的阈值增强效应
• 参考文献
• 附录A 径迹重建效率的系统误差
• +e^-→K⁺K^-π⁺π^-过程径迹重建效率的系统误差研究'>  A.1 e⁺e^-→K⁺K^-π⁺π^-过程径迹重建效率的系统误差研究
•     A.1.1 径迹重建效率系统误差的定义
•     A.1.2 径迹重建事例选择
•     A.1.3 K介子的径迹重建效率
•     A.1.4 π介子的径迹重建效率
•     A.1.5 径迹重建效率的系统误差
• 附录B 粒子鉴别效率的系统误差
• +e^-→K⁺K^-π⁺π^-过程粒子鉴别效率的系统误差研究'>  B.1 e⁺e^-→K⁺K^-π⁺π^-过程粒子鉴别效率的系统误差研究
•     B.1.1 粒子鉴别效率系统误差的定义
•     B.1.2 粒子鉴别事例选择
•     B.1.3 K介子的粒子鉴别效率
•     B.1.4 π介子的粒子鉴别效率
•     B.1.5 粒子鉴别效率的系统误差
• 附录C 基于掺杂塑料闪烁体中子探测器的研究
•   C.1 背景介绍
•   C.2 实验的模拟和测量
•     C.2.1 实验装置
•     C.2.2 实验模拟
•     C.2.3 实验测量
•   C.3 实验数据的分析
•     C.3.1 飞行时间谱
•     C.3.2 能量分布
•     C.3.3 位置分布
•     C.3.4 电荷关联分布
•     C.3.5 热中子信号的提取
•   C.4 实验研究结论
• 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: 孙艳坤

导师: 黄光顺,邵明

关键词: 截面测量,奇特态,阈值效应,奇异夸克偶素,强子跃迁

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: O572.33

DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000218

总页数: 176

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