结合BESⅢ实验发现开展的轻味介子的谱学研究

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近几年来,随着对撞机实验精度及能量的不断提升,越来越多的高激发态粒子被发现。其中包括赝标介子η(2225)、η(2100)、X(2500),以及在η’φ不变质量谱上发现的轴矢介子X(2100)。此外,在e+e-→π+π-过程中也发现了一个质量在2.2 GeV附近共振结构。在这样的背景下,如何研究他们的产生、衰变等性质并构建高激发态的九重态成为了一个迫切研究的课题。在本论文中,我们首先系统地研究了高激发态的赝标介子家族。近几年,在BESIII上陆续发现了许多赝标态粒子。受此激发,我们尝试着构建包含这些粒子的赝标介子九重态。我们借助Regge轨迹和流管模型(flux tube model)系统的研究了径向量子数为n=4和n=5的高激发的赝标介子的能谱和Okubo-Zweig-Iizuka(OZI)规则所允许的两体强衰变的行为。根据我们的计算,X(2120)、η(2225)以及π(2070)和我们所预言的K(2150)可能构成n=4的贋标介子九重态。对于n=5的赝标介子九重态可以由X(2500)、X(2370)、π(2360)和我们所预言的K(2414)组成。另外,对于X(2100)结构的确定则需要有更多的实验数据。接着,我们在最近的BESⅢ实验上看到了更高质量的赝标态信号,并认为它可能是η(6S)的候选态。这为我们研究更高激发态的同位旋标量的赝标介子提供了一个很好契机。因此我们继续研究了η(6S)、η(7S)、η’(6S)和η’(7S)这四个η态的性质,期望为以后的实验提供有价值的信息。然后,我们又研究了BESⅢ在J/ψ→φηη’过程中发现的一个质量在2.1GeV附近的结构X(2100)。在本篇论文中,我们把X(2100)看作是轴矢介子。首先,借助于Regge轨迹,我们对X(2100)的质量进行了分析,发现它是一个很好的h1(1380)的第二激发态的候选态。然后,通过流管模型计算其宽度,发现实验宽度与我们计算的理论结果是一致的,并且B(X(2100)→φη’)对于总宽度来说有很可观的贡献。最后,我们还关注了X(2100)的味道伴随态h1(1965)。为了更进一步确认X(2100)是否是h1(3P)态,从不同的平台去测量实验数据非常重要。因此,我们还分别在Feynman模型和Regge模型中预言了π-p→X(2100)n和K-p→ X(2100)A的总散射截面。在实验室动量PLab从10 GeV/c到30 GeV/c时,我们计算的π-p→X(2100)n和K-p →X(2100)Λ的总散射截面都在0.1 μb量级。然而,在这个实验室动量范围内π-p →h1(1965)n的散射截面在10 μb量级附近,这远远大于K-p→h1(1965)A的散射截面。这些预言对于寻找X(2100)和h1(1965)提供了非常有用的信息。除了BESⅢ,BABAR也致力于研究轻介子的性质。在重新回顾e+e-→ π+π-的过程时,BABAR实验发现在2.2GeV附近存在明显的增强结构,这使得我们对研究高激发态的ρ介子产生了浓厚的兴趣。由于D波ρ介子衰变到π+π-的分支比要远小于S波ρ介子,因此我们选择ρ(1900)和ρ(2150)作为e+e-→π+π-过程的中间态。其中ρ(1900)和ρ(2150)分别被视为ρ(3S)态和ρ(4S)态。在我们的模型中,可以很好地描述BABAR的关于e+e-→π+π-在2 GeV附近的数据。这就表明存在于e+e-→π+π-过程中2.2GeV附近的增长结构可能是ρ(1900)和ρ(2150)这两个ρ介子的贡献。另外,我们还可以可以通过在整个拟合过程中对ρ(1900)和ρ(2150)的Γe+e-B(π+π-)的拟合结果和相应的理论计算的一致性来证明这一结论。我们对当前e+e-→π+π-数据的研究可以为完善ρ介子家族提供有价值的参考。结合最近的实验发现,本博士论文主要研究了轻介子的高激发态的性质。这对系统地认识轻介子家族,构建完整的九重态有重大的意义。同时,我们的工作还有很强的预言性,这对未来的实验在寻找高激发态轻介子上有很大的指导和帮助。
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