BESⅢ上粲偶素中磁偶极跃迁和辐射衰变的研究

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粲偶素能谱介于量子色动力学(QCD)微扰和非微扰的过渡能区,通过实验测量检验理论模型对于完善标准模型中的量子色动力学有着重要的意义。目前在粲偶素能区的有效理论主要依赖于唯相学模型,如非相对论量子色动力学(NRQCD)、含相对论效应Godffey-Isgur势模型等,以及最近非常热门的格点量子色动力学计算(LQCD)。ηc虽然是一个发现的比较早的粒子,但是对其质量和宽度的测量仍存在较大的误差,作为质量最低的粲偶素粒子,对其性质的精确测量为理解和检验理论模型提供依据。另外,精确测量粲偶素粒子辐射衰变至一个赝标介子的过程能够检验η-η混合模型、矢量介子主导(VMD)模型等。  利用2009年和2012年BESⅢ探测器在能量√s=3.097GeV处收集的共1.31×109J/ψ的数据样本,利用次级衰变ηc→p(p)对ηc进行重建,对磁偶极主导的辐射跃迁(M1)过程J/ψ→γηc进行了研究。首次在γηc的分析中采用分波分析的方法来处理干涉效应,使用了Blatt-Weisskopf势垒因子[1]作为形状因子来描述ηc不对称的信号形状,同时我们将其与其他函数形式的形状因子做了比较,并将差异计算到了系统误差内。测量得到的联合分支比为B(J/ψ→γηc)·B(ηc→p(p))=(2.44±0.04±0.11)×10-5,分析[2]中利用hc的单举和遍举衰变至ηc测得ηc→p(p)的绝对分支比,从而我们可以得到J/ψ→γηc的分支比为:B(J/ψ→γηc)=(2.11±0.03±0.10±0.53)%。同时,我们还得到了η的质量和宽度:  M=2983.3±0.2±0.6MeV/c2;  Γ=26.9±0.4±1.0MeV。  该结果与世界平均值在误差范围内一致,并为目前最高精度的测量。  利用BESⅢ探测器在√s=3.686GeV处积累的共448兆ψ(3686)的数据,我们对ψ(3686)辐射衰变到一个赝标介子(η,η,π0)的过程进行了分析。我们分别使用两个衰变道来重建η,η信号,η()→π+/0π-/0π0(η),以增加统计量,并将η信号作为控制样本来刻度η的信号,我们还通过使用原始数据的信息来压低π0道中的一项重要本底e+e-→γγ。在这个分析中,我们首次以大于5σ的显著性观测到了ψ(3686)→γη和ψ(3686)→γπ0的过程,其信号显著性分别为7.0σ和6.7σ,并更新了ψ(3686)→γη/η/π0的分支比:  B(ψ(3686)→γη)=(125.7±2.2±6.2)×10-6;  B(ψ(3686)→γη)=(0.83±0.17±0.06)×10-6;  B(ψ(3686)→γπ0)=(0.95±0.16±0.05)×10-6;  这个结果和之前的测量结果在误差范围内是一致的。根据测量结果,我们给出了粲偶素ψ(3686)辐射衰变至η/η的分支比比值:Rψ(3686)=(0.66±0.13±0.02)%。
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