论文部分内容阅读
标准模型是目前描述物质世界基本组成及其相互作用最成功的理论模型，量子色动力学(QCD)是标准模型框架下描述强相互作用的基本理论。QCD在高能区的理论预言已经被大量的实验所证实，但在低能区微扰论不再成立，QCD丧失了其预言能力。因此，在低能区强子物理的实验研究就显得特别重要，这也是北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)选在2.0～4.6 GeV能区的主要原因之一。此外，按照目前的理论，普通强子态的介子由两个夸克构成，重子由三个夸克构成，但是QCD理论还预言了胶球，混杂态，多夸克态和分子态等奇特强子态的存在。北京谱仪(BESⅢ)是运行于北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)上唯一的大型通用谱仪，也是目前世界上唯一运行于2.0～4.6 GeV能区的探测器。北京谱仪自2008年建成以来，已经积累了世界上最大的J/ψ和ψ(3686)样本，J/ψ和ψ(3686)的衰变不仅为强子谱的研究提供了前所未有的机会，而且已成为寻找奇特强子态的理想实验室。 2003年，在BESⅡ探测器上通过辐射衰变J/ψ→γp(p)发现了反常的p(p)阈值增强结构X(p(p))，并且被CLEO和BESⅢ实验所证实。X（p(p)）在理论上被解释为重子偶素，多夸克态或者p(p)末态相互作用效应，其结构性质至今尚未定论。此外，理论上很早就提出在pφ的产生过程中寻找五夸克态的候选者，而恰好在2015年LHCb实验报告在pJ/ψ不变质量谱上观测到两个粲偶素类五夸克态结构，相应的夸克组份为c(c)uud。所以，在pφ或(p)φ不变质量谱上寻找夸克组份为ssuud的奇异偶素类五夸克态候选者就显得更为重要。 基于BESⅢ探测器上获取的1.31×109 J/ψ事例，我们详细研究了J/ψ→p(p)φ的衰变，其中φ通过φ→K0SK0L和φ→K+K-两个主要衰变道来重建，这样不仅提高了统计量而且可以作为相互验证。两个衰变道联合给出的J/ψ→ p(p)φ的平均分支比是(5.23±0.06(stat)±0.33(syst))×10-5，这一结果和PDG的值相符合，并且测量精度有了很大的提高。我们既没有在pφ或者(p)φ的不变质量谱上观察到任何结构，也没有在p(p)的不变质量谱上观测到明显的p(p)阈值增强。在90％的置信水平下，两个衰变道联合确定的J/ψ→X(p(p))φ→p(p)φ分支比的上限为2.1×10-7。 此外，标量介子a00(980)和f0(980)在几十年前就在实验中被发现，但是有关它们的结构和性质却一直争议不断。这两个标量介子有相近的质量和宽度，但是却有着不同的同位旋和衰变模式，它们的奇特性质使其很难被纳入传统的q(q)模型。在理论上，a00(980)和f0(980)被认为是四夸克态，K(K)分子态，混杂态等。关于a00(980)和f0(980)之间的混合机制早在二十世纪七十年代末就在理论上提出。目前，混合机制在理论界已经被广泛接受，并被认为将对于澄清a00(980)和f0(980)的性质起到重要作用。 2011年，BESⅢ合作组基于2.25×108 J/ψ事例和1.06×108ψ(3686)事例通过通过同位旋破缺的过程J/ψ→φa00(980)→φηπ0和xc1→π0f0(980)→π0π+π-对a00(980)-f0(980)之间的混合分进行了测量，观测到a00(980)→f0(980)和f0(980)→a00(980)的混合信号显著性分别为3.4σ和1.9σ，相应的混合强度分别测定为ξfn=(0.60±0.20(stat)±0.12(syst)±0.26(para))％和ξaf=(0.31±0.16(stat)±0.14(syst)±0.03(para))％。 目前，我们基于BESⅢ探测器获取的1.31×109 J/ψ事例和4.48×108ψ(3686)事例，分别通过J/ψ→φa00(980)→φηπ0（η→γγ和η→π+π-π0两个衰变道）和ψ(3686)→γxc1→γπ0f0(980)→γπ0π+π-对a00(980)-f0(980)的混合做了全面的研究。分别在不考虑和考虑混合信号与电磁过程干涉的情况下，对质量谱做了拟合，观测到a00(980)→f0(980)和f0(980)→a00(980)的混合信号显著性分别为7.3σ和5.5σ。分别在不考虑和考虑干涉的情况下，对a00(980)和f0(980)混合各成分的分支比和相应的混合强度做了精确测量。 关于a00(980)和f0(980)的质量中心值和耦合常数，在理论上不仅基于不同的模型做了计算，而且在实验上已经被不同的实验组做过测量。我们使用相同的方法，基于不同的理论模型和实验组测量给出的a00(980)和f0(980)的质量中心值和耦合常数，给出了在各种理论模型和实验测量下的a00(980)(→)f0(980)混合强度。 最后，我们还利用容斥原理发展了sideband本底分析方法，将二维sideband本底分析方法推广到三维甚至任意多的维度。