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在夸克模型中,强子由一对正反夸克或三个夸克组成;而描述强相互作用的基本理论——量子色动力学(QCD)——预言胶球、混杂态和多夸克态这些新型强子的存在。因此在实验上寻找新型强子对检验和发展QCD具有重要意义,也是许多高能物理实验的重要物理目标之一。北京谱仪Ⅲ(BESⅢ)的工作能区在2 GeV至4.6 GeV,为(Τ)-粲能区物理的详细研究提供了条件和机遇。J/ψ衰变一直被认为是寻找和研究新型强子的理想场所。利用BESⅢ实验采集的世界上最大的J/ψ数据样本,本论文开展了J/ψ衰变中新型强子的寻找和研究,并对轻介子η衰变作了深入的研究。 首先,本文利用BESⅢ采集的1.31×109个J/ψ事例,在J/ψ→γ3(π+π-)过程中确认了X(1840)的存在;同时,首次在3(π+π-)不变质量谱上p(p)质量阈附近观测到了显著的“快速下降”形状,并采用了两种参数化方式对3(π+π-)不变质量谱进行拟合。第一种方案采用Flatté形式描述X(1840)的谱形,拟合给出g3p(p)/g20=3.68±0.57(stat.);g2p(p)/g20代表X(1840)衰变中p(p)衰变道的耦合强度和其它衰变道耦合强度之和的比值,说明X(1840)和p(p)衰变道有很强的耦合。第二种方案采用相干涉的Breit-Wigner函数描述X(1840)的谱形,拟合给出X(1840)的质量为M=1821.0±5.1±4.9 MeV/c2,宽度为Γ=71.1±12.0±13.9 MeV,级联衰变分支比为B(J/ψ→γX)·B(X→3(π+π-))=(1.29±0.09±0.22)×10-5;与X(1840)发生干涉的共振态的质量、宽度、分支比分别为M=1877.3±3.4±3.0 MeV/c2,Γ=33.4±7.3±4.5 MeV,B(J/ψ→γX)·B(X→3(π+π-))=(0.76±0.05±0.14)×10-5,其统计显著性大于3σ。这两种方案都能合理地描述不对称的3(π+π-)不变质量谱,且以大于3σ的统计显著性观测到X(1840)和p(p)质量阈存在关联的迹象,这说明可能存在一个与质子-反质子耦合很强的粒子。 其次,利用BESⅢ采集的1.31×109个J/ψ事例,对η→γπ+π-的衰变机制进行研究。分别采用模型依赖和模型无关的两种参数化方式描述π+π-不变质量谱:模型依赖的研究表明仅考虑ρ(770)共振态的贡献或ρ(770)与ω两者的贡献,均不能描述实验数据。引入ρ(1450)共振态或者box anomaly的贡献后,模型能够较好地描述数据。但由于二者在η衰变中的分布非常相似,目前,还不能完全确定额外的贡献是完全来自ρ(1450)或box anomaly。模型依赖拟合测得的ρ(770)共振态的质量、宽度与Crystal Barrel实验组的结果一致。本论文还对η衰变到γρ(770)的分支比和η通过ω、ρ(1450)(box anomaly)衰变到γπ+π-的级联分支比进行了测量,其中ρ(1450)(box anomaly)的级联分支比的测量为世界上的首次测量。模型无关的研究表明在认为η→γπ+π-过程为P波贡献主导下,P波函数的二次展开项及ω贡献的引入都是必须的,ω信号的统计显著性大于34σ。 最后,利用BESⅢ于2009年采集的2.25×108个J/ψ事例,对J/ψ→γη,η→π+π-l+l-(l=e,μ)衰变过程进行了研究。在π+π-e+e-不变质量谱上观测到一个清楚的η信号,通过质量谱的拟合和详细的系统误差分析,我们测量了其衰变分支比为B(η→π+π-e+e-)=(2.11±0.12±0.14)×10-3。该测量结果与理论预言值吻合得很好,同时也与CLEO实验组的测量结果在误差内一致,且测量精度得到显著提高。而在π+π-μ+μ-不变质量谱上没有观测到明显的η信号,因此给出了分支比上限B(η→π+π-μ+μ-)在90%的置信水平上小于2.9×10-5。