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量子色动力学是描述强相互作用的基本理论,它的检验和发展对认识自然界强相互作用的规律具有重要意义。目前自然界已发现的强子均由两个或三个夸克组成,而量子色动力学理论允许多夸克态、混杂态和胶球等新型强子的存在(目前尚未确认它们的存在)。因此,实验上发现多夸克态、混杂态和胶球对检验和发展量子色动力学以及共振态理论具有重大意义,一直是世界上许多高能物理实验的最重要物理目标之一。
针对物理分析中最常用的分波分析方法,通过J/ψ→γK+K-及J/ψ→K+K-η的MC模拟研究,验证了它在三体衰变中是一种较为可靠的且值得信赖的物理分析工具。
本文利用北京谱仪(BESⅢ)2009年-2010年在北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)上收集的2.26亿J/ψ实验数据对衰变道J/ψ→K+K-η进行了深入研究,并在这发现了四个共振结构,它们分别是K±η不变质量谱上的Kx(2000)±和Kx(2330)±,以及K+K-不变质量谱上的X(1600)0和X(1900)0。并利用协变张量振幅分波分析方法进一步测量了它们的质量、宽度、分支比以及自旋宇称等量子数。这四个共振态的信息如下(质量和宽度是由极点位置得到的):
Kx(2000)±的JP=1-它的质量M=2027.53+13.45-14.12(stat.)+0.043-0.059(sys.)MeV/c2,宽度T=203.17+19.70-21.88(stat.)+0.054-0.039(sys.)MeV/c2,分支比为Br(J/ψ→Kx(2000)±K±)Br(Kx(2000)±→K±η=(2.39+0.24-0.23(stat.)+1.33-2.29(sys.))×10-5
Kx(2330)±的JP=1-,它的质量M=2331.48+10.00-10.27(stat.).+0.031-0.048(sys.)MeV/c2,宽度F=259.17+13.32-14.13(stat.)+0.0026(sys.)MeV/c2,分支比为Br(J/ψ→Kx(2330)±)Br(Kx(2330)±→K±η)=(1.11+0.07-0.07(stat.)+0.82-0.91(sys.))×10-4
X(1600)0的JPC=1--它的质量M=1568.26+15:87-18.25(stat.)+0.049-0.034(sys.)MeV/c2,宽度T=167.91+25.47-19.28(stat.)+0.086-0.060(Mev/c2,分支比为Br(J/ψ→X(1600)0η)Br(X(1600)0→K+K-)=(1.24+0.16-0.15(stat.)+0.72-0.55(sys.))×10-5X(1900)0的JPC=1--,它的质量M=1897.87+15.07-16.00(tat.)+0.048-0.014(sys.)MeV/c2,宽度T=223.70-25.01(stat.)+0.0085-0.055(sys.),分支比为Br(J/ψ→X(1900)0η)Br(X(1900)0叫K+K-)=(3.43+0.41-0.39(stat.)+1.75-2.33(sys.))×10-5
同时,分波分析研究表明,在J/ψ→K+K-η衰变过程中并没有观测到明显的x(2075)信号(对应于J/ψ→pK-∧+c.c.过程观测到的p∧/p∧结构)。同时,BESⅡ的相关衰变道如J/ψ→K+K-π0,KsK±π也没有观测到明显的X(2075)信号,这说明它很难用普通的K*介子来解释。本论文给出了J/ψ→X(2075)±K±→K+K-η在90％置信水平下的分支比上限为:Br(J/ψ→X(2075):±K±)×Br(X(2075)±→K±η)<5.83×10-6；
分波分析研究也表明,在J/ψ→K+K-η衰变过程中并没有观测到明显的Y(2175)信号。给出了J/ψ→Y(2175)η→K+K-η在90％置信水平下的分支比上限为:Br(J/ψ→Y(2175)η)×Br(Y(2175)→K+K-)<3.53×10-6;
本论文还从J/ψ→φηπ+π-和J/ψ→φηπ+π-两个衰变道对X(1835)进行了研究。由于J/ψ→φηπ+π-的统计量较小,在ηπ+π-不变质量谱上还很难确定是否有X(1835)信号,因此基于贝叶斯方法给出了J/ψ→φX(1835)→φηπ+π-在在90％置信水平下的分支比上限为:Br(J/ψ→φX(1835))×Br(X(1835)→ηπ+π-)<2.39×10-5
在J/ψ→φηπ+π-的ηπ+π-不变质量谱上也没有观测到明显的X(1835)信号,同样基于贝叶斯方法我们给出了J/ψ→φX(1835)→φηπ+π-在90％置信水平下的分支比上限为:Br(J/ψ→φX(1835))×Br(X(1835)→ηπ+π-)<1.39×10-4
首次观测到J/ψ→φη′π+π-,并测量:Br(J/ψ→φη′π+π-)=(7.42±1.40(stat.)±0.65(sys.))×10-5