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题名	博士论文-粲偶素衰变与类粲偶素能谱的实验研究
作者	刘智青
学位类别	博士
答辩日期	2013
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	苑长征
关键词	粲偶素 类粲偶素 磁四级矩 强子跃迁 双光子过程 初态辐射 Zc(3900)
学位专业	粒子物理与原子核物理
中文摘要	对强子物质结构的研究，一直是人们感兴趣的话题。寻找新的可能的强子结构，对于验证量子色动力学理论的正确性以及 发展统一的粒子物理学理论具有重要意义。粲夸克偶素位于非微扰和微扰量子色动力学的过渡区域，研究粲偶素的衰变和 寻找新的可能类粲偶素态，是研究量子色动力学的重要途径。 利用BESIII探测器采集的$106\times10^6$的$\psi^\prime$数据样本，测量了$\psi^\prime\to\gamma\chi_{c2}\to\gamma\pi+\pi-/\gamma K^+K^-$ 辐射跃迁过程中的高阶电磁相互作用贡献。通过拟合光子和$\pi^+\pi^-/K^+K^-$末态粒子的角分布，测量出电磁相互作用磁四极矩 M2=$0.046\pm0.010\pm0.013$，电八极矩E3=$0.015\pm0.008\pm0.018$，其中第一项误差为统计误差，第二项误差为系统 误差。结果显示，在$4.4\sigma$统计显著性下观测到磁四极矩的存在证据，并且磁四极矩的大小和理论预期一致，支持 粲夸克没有反常磁矩的结论。 利用BESIII探测器在$e^+e^-$质心系能量$\sqrt{s}=4.009$~GeV采集的$478$~pb$^{-1}$数据样本，首次观测到$e^+e^-\to\eta J/\psi$ 产生过程，信号的统计显著性超过$10\sigma$。测量出$e^+e^-\to\eta J/\psi$在$\sqrt{s}=4.009$~GeV的玻恩产生截面为 $(32.1\pm2.8\pm1.3)$~pb，其中第一项误差为统计误差，第二项误差为系统误差。假设所有的$\eta J/\psi$信号全部来自 $\psi(4040)$的强子跃迁过程，可以得到跃迁分支比为$\mathcal{B}(\psi(4040)\to\eta J/\psi)=(5.2\pm0.5\pm0.2\pm0.5)\times10^{-3}$， 其中第一、二项误差分别为统计误差和系统误差，第三项误差来自$\psi(4040)$共振参数的误差。我们同样对$e^+e^-\to\pi^0 J/\psi$ 过程进行了寻找，没有发现明显的信号。在90\%置信度水平上得到跃迁分支比上限$\mathcal{B}(\psi(4040)\to\pi^0 J/\psi)<2.8\times10^{-4}$。 利用Belle探测器在$\Upsilon(nS)~(n=1,\cdots,5)$积累的$870$~fb$^{-1}$数据样本，对双光子产生过程$\gamma\gamma\to\omega\phi,\phi\phi,\omega\omega$ 进行了研究。观测到明显的双光子产生矢量介子对的事例，并且测量了从产生阈值到4.0~GeV的产生截面。在粲偶素能量阈值以下， 观测到新的共振结构并进行了首次测量。自旋宇称分析结果显示除了有很大的0自旋成分以外，还有明显的自旋为2的成分。这和 许多理论模型的预期都不一致，暗示可能存在新的动力学机制。在高能量 区域，观测到明显的粲偶素态$\eta_c,~\chi_{c0},~\chi_{c2}$信号，并且测量了它们的双光子分宽度与对应衰变道分支比的乘积。 利用Belle探测器在$\Upsilon(nS)~(n=1,\cdots,5)$积累的$967$~fb$^{-1}$数据样本，测量了$e^+e^-\to\pi+\pi-Ｊ/ψ$在3.8至5.5~GeV 之间的产生截面。观测到显著的$Y(4260)$粒子的信号，并测量了它的共振参数。另外，要求初态辐射光子标记和不标记的情况下， 均在4.0~GeV附近观测到丰富的$e^+e^-\to\pi+\pi-Ｊ/ψ$事例产生，并且可以用Breit-Wigner函数来进行描述，这和$Y(4008)$态一致。 利用BESIII探测器在$\sqrt{s}=4.26$~GeV采集的525~pb$^{-1}$数据样本，我们也研究了$e^+e^-\to Y(4260)\to\pi+\pi-Ｊ/ψ$衰变 过程。测量出在该能量点$e^+e^-\to\pi+\pi- Ｊ/ψ$的玻恩产生截面为$(62.3\pm1.9\pm3.7)$~pb，和Belle实验$Y(4260)$的测量 结果非常一致。 我们还分别在Belle实验和BESIII实验上对$Y(4260)\to\pi+\pi- Ｊ/ψ$过程中的中间共振态进行了分析，在$M(\pi^\pm J/\psi)$不变质量谱上， 均观测到一个新的带电类粲偶素共振态$Z_c(3900)$。Belle实验一维拟合给出其质量$M=(3894.5\pm6.6\pm4.5)$~MeV/c$^2$， 宽度$\Gamma=(63\pm24\pm26)$~MeV/c$^2$（第一项误差为统计误差，第二项误差为系统误差），一维的拟合估计出$Z_c(3900)$信号的 统计显著性为$5.2\sigma$；BESIII实验一维的质量拟合给出$Z_c(3900)$的质量为$M=3899.0\pm3.6\pm4.4$~MeV/c$^2$， 宽度为$\Gamma=46\pm10\pm13$~MeV/c$^2$（第一项误差为统计误差，第二项误差为系统误差），信号的统计显著性$>8\sigma$。 $Z_c(3900)$显然不是常规的粲偶素态（$c\bar{c}$），因为它明显地带有电荷。
语种	中文
学科主题	粒子物理与原子核物理
公开日期	2016-02-25
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/210442]
专题	实验物理中心_学位论文和出站报告
作者单位	中国科学院高能物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	刘智青. 博士论文-粲偶素衰变与类粲偶素能谱的实验研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013.

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