Ψ(2S)粒子及粲夸克偶素物理实验研究——2001年度国家自然科学奖获奖项目介绍

文章介绍2001年度国家自然科学奖二等奖获奖成果，在北京正负电子对撞机上采集了Ψ（2S）粒子大数据样本，开展了粲偶素物理的广泛研究：完成了6个粲偶素涉及质量，宽度和衰变化支比等大批重要参数的首次测量或高精度测量；通过对Ψ（2S）和J／Ψ强衰变性质的比较研究，观察到一系列反常现象，挑战现有理论图像。该项研究成果对量子色动力学的检验与发展具有重要意义，为我国粲偶素物理实验研究的继续发展并保持先进水平奠定坚实基础。     

粲夸克偶素物理实验研究新结果

北京谱仪合作组利用其在北京正负电子对撞机上采集的ψ（2S）大数据样本,通过ψ（2S）的辐射跃迁及强子跃迁过程,开展了粲偶素物理的广泛研究。测量了xc0、xcl、xc2、ηc和J／ψ粒子有有关性质,寻找了ηc(2s)和hc(1P)粒子。因一系列重要结果中有：xc0粒子的宽度与质量、ηc粒子的质量、J／ψ的轻子衰变分支比的精确测量结果以及xc0、xcl、xc2的许多衰变道的首次测量结果。     

粲偶素衰变过程中ρπ疑难的研究

详细回顾并广泛评论了粲偶素衰变过程中有关ρπ疑难的各种理论解释和探讨. 在可能的情况下, 将有关的理论预言与相应的实验数据进行了细致的比较. 描述并讨论了三种估算ψ′和J/ψ衰变分支比比值的方法. 针对目前的现状, 指出为了深入理解ρπ疑难以及更进一步了解粲偶素衰变的动力学机制, 需要从理论探究、唯象分析和实验测量多方面进行系统、深入和全面的工作.     

BES和CLEOc强子谱和粲偶素衰变研究

回顾了近期BES和CLEOc利用正负电子对撞机采集的J/ψ, ψ′和ψ′′数据得到的强子谱与粲偶素衰变方面的部分研究结果. 重点分析了对于轻标量粒子的实验研究, 包括利用J/ψ的辐射衰变和强衰变, ψ′的强衰变和χ_c的强衰变得到的结果, 并对有关粒子的性质进行了评述, 对用以获得这些信息的实验方法作了评论, 提出了改进的建议; 还重点总结了矢量粲偶素粒子衰变“ρπ疑难”相关的实验和理论研究成果, 并对进一步的实验和理论研究提出了建议. 这些结果对于理解量子色动力学在低能区的应用有很大帮助.     

BESIII上η_c衰变到ωω的蒙特卡罗研究

自从J/φ发现以来,粲偶素家族一直是人们研究的热点问题。根据强子螺旋度守恒定则,ηc和Xc1衰变到ωω被高度压低。然而,在2011年BESIII首次精确测量Xc1衰变到ωω的分支比;但是,到目前为止,仍然没有实验组对ηc衰变到ωω进行精确测量。本文通过蒙特卡罗研究ηc衰变到ωω的测量方法,以期给实验测量提供一定的参考。     

J/ψ→∑0Σ0衰变研究（英文）

利用北京正负电子对撞机(BEPC)上的北京谱仪(BES)收集的7.8×106个J/Ψ事例,研究了J/Ψ→Σ0衰变.其衰变分支比为BR(J/Ψ→Σ0)=(0.97±0.04±0.24)×10-3,角分布具有dN/dcosθθ=N0(1+acos2θ)的形式,a值等于-0.21±0.27±0.13.     

J／ψ与ψ（2S）的轴矢—赝标介子衰变研究

北京谱仪合作组研究了粲夸克偶素J／ψ与ψ(2S)的末态为轴矢介子与赝标介子组合的准二体衰变,观察到若干与朴素理论预期明显分歧的异常表现,这些结果引起了国际理论界的兴趣,目前尚无令人信服的解释。     

发现ZC（3900）--一个带电类粲偶素共振结构*

北京谱仪(BESⅢ)实验和Belle实验利用两种不同的方法对e+e-→p+p-J/y过程进行了研究。在p±J/y系统中,同时观测到了一个新的带电类粲偶素结构--ZC(3900)。ZC(3900)耦合到粲偶素末态,因此其内部夸克组分应该含有正反粲夸克;同时它还带有电荷,故不可能仅由正反粲夸克组成。ZC(3900)共振态中最少含有4个夸克,极有可能是一个奇特态强子。     

粲夸克偶素强衰变中新的反常表现

北京谱仪合作组利用其在北京正负电子对撞机上采集的３７９万ψ（２Ｓ）数据研究了ψ（２Ｓ）新的强衰变过程．在末态为矢量·张量介子对ωｆ２,ρａ２,Ｋ０Ｋ０２及ｆ′２（１５２５）的衰变过程中观察到ψ（２Ｓ）相对于Ｊ／ψ分支比的比值显著偏离理论预期值的反常表现     

用于ψ′→γ′χcJ→γ′γJ/ψ过程中多极分析的产生子

为了实验研究粲偶素ψ′级联衰变过程ψ′→γ′χcJ→γ′γJ/ψ,一个用于正确描述全部末态角分布的产生子是必要的.可以通过分析角分布的关联来确定这一过程的多极展开参数(或者等效的螺旋度振幅),而从中可以知道高阶电磁多极矩和相对论修正的贡献,同时可以检验ψ′是不是ψ(2S)和ψ(1D)的混合.介绍了一个能完全描述这一过程的角分布的产生子,同时讨论了测量多极参数的测量方法.这些都可以被用在BESⅢ或者CLEOc的分析当中.     

J/Ψ衰变的Roper共振态结构的研究

通过J/Ψ→p, p*, N**衰变,研究了Roper共振态的混杂态结构对衰变角分布和分支比的影响. 计算结果表明,如果Roper共振态为纯混杂态,那么J/Ψ→p*, N**的角分布几乎相等, 而J/Ψ衰变到混杂态的衰变宽度还不到J/Ψ→p 的1%, 给出了Γ(J/Ψ→ N* )/Γ(J/Ψ→p)和Γ(J/Ψ→ N**)/Γ(J/Ψ→ p)随混合参数的变化关系, 并讨论了在J/Ψ衰变中研究Roper混杂态结构的可能性.The structure of Roper resonance is studied as hybrid states through decays J/Ψ→p*, N** by calculating the angular distributions and decay widths. The results show that the angular distribution parameters for decays J/Ψ→p*, N** are almost equal if the Roper is identified as a pure hybrid state, while their decay width are less the 1% of that for the decay J/Ψ→p, and the variance of the ratio Γ(J/Ψ→N*p)/Γ(J/Ψ→p) and Γ(J/Ψ→N**)/ Γ(J/Ψ→p) with the mixing parameter are presented,and also the scheme to identify the Roper structure in J/Ψ decays is discussed.     

J/ψ衰变中f0(975)的实验研究

本文基于北京正负电子对撞机(BEPC)上北京谱仪(BES)所收集到的国家自然科学基金资助.7.8×10⁶J/ψ事例,系统研究了J/ψ→φπ⁺π^－和J/ψ→ωπ⁺π^－两个衰变道,给出了过程的分支比以及f₀的位置和宽度参数,并对J/ψ→φf₀,f₀→π⁺π^－过程的角分布进行了拟合,首次确定出该过程的螺旋度振幅比.     

ψ(2S)强衰变中的一个新的反常现象

利用在北京正负电子对撞机(BEPC)上北京谱仪(BES)最近采集的127万个(2S)事例,测量了新的强子衰变道(2S)→ωπ+π-,和ωf2(1270)的分支比,发现(2S)→满足理论预言的“14%规则”,而(2S)→ωf2(1270)相对于J/明显抑制,从而首次从实验上观察到粲素衰变为非矢量-赝标量末态出现破坏上述规则的反常行为.     

一些XYZ共振态的辐射衰变

类粲偶素态Y（3940）,Z（3930）和X（4160）可由带粲数的矢量介子相互作用动力学地产生出来,它们的开粲辐射衰变对于理解其内部结构有重要意义。本文研究了这些共振态衰变到D＊Dγ或Ds＊Dsγ的开粲辐射衰变,结果表明,对分别具有D＊D＊（或Ds＊D s＊）分子态和非分子态结构的XYZ共振态,其辐射衰变宽度（或辐射衰变宽度比）相对于Dγ（或Dsγ）体系不变质量Minv的分布图存在非常明显的区别,这为鉴别类粲偶素态XYZ是否具有分子态结构提供了很好的理论判据。     

ψ‘衰变中VP和PP模式的事例产生器

在北京谱仪（BES）原有模拟程序框架下,建立了适用于J／ψ,ψ‘衰变到VP和PP模式,以及ψ‘→π^ π^-/J/ψ‘衰变到J／ψ衰变到VP和PP模式的事例产生器,考虑了相应的角分布,为J／ψ,ψ‘物理的研究提供了方便,在ψ‘→γη,γη‘,ωπ^0,π^ π^-,K^ K^-等分支比的测量中,这一事例产生器可用于选择效率的确定和本底估计。     

ψ′衰变中VP和PP模式的事例产生器

在北京谱仪(BES)原有模拟程序框架下,建立了适用于J/ψ,ψ’衰变到VP和PP模式、以及ψ→π⁺π^－ J/ψ而后J/ψ衰变到VP和PP模式的事例产生器,考虑了相应的角分布,为J/ψ,ψ′物理的研究提供了方便,在ψ′→γη,γη′,ωπ⁰,π⁺π^－,K⁺,K^－等分支比的测量中,这一事例产生器可用于选择效率的确定和本底估计.     

我国学者提出粲粒子研究新建议

 据全国粲粒子物理讨论会获悉,中科院学部委员何祚庥以及张肇西,张长春等,对北京谱仪在J/φ能区之外的粲粒子研究提出多项物理建议,包括D_s和D介子（即φ（4160）与φ（3770）衰变产物）、φ（3685）共振态衰变、粲重子与τ轻子性质的研究.（1）φ（3685）共振态衰变与胶子球产生.何祚庥教授计算表明,同J/φ衰变相比,φ共振态衰变中胶子球的产额将增加1.5-3倍.因此,φ可能是胶子球研究的理想能区.φ的许多衰变道有待更精确的测量.     

粲夸克偶素强衰变之谜

北京正负电子对撞机的最新实验研究结果在高灵敏度水平上展出了粲夸克偶素物理中的强衰变之谜，新反常衰变道的发现突破了这个谜的原有图像，对理论提出了新的挑战。     

对北京谱仪上新观测态的一个理论解释

最近, 北京谱仪在J/ψ的辐射衰变中发现, 在正反质子的阈附近有反常增强, 即可能存在共振态X(1860)和X(1835). 针对这一发现, 提出了新粒子的三胶子胶球态解释方案, 并且应用QCD求和规则计算了此胶球态的质量. 考虑到理论上的不确定因素, 计算结果表明该胶球态的质量峰位于1.9GeV到2.7GeV之间. 事实上, 北京谱仪发现的新共振态的确表现出了一些三胶子态的行为. 结论是, 此新粒子很有可能是重子偶素和胶球态的混合态.     

北京谱仪主漂移室的径迹重建

本文阐述了北京谱仪主漂移室的径迹寻找和径迹拟合程序的原理及使用情况.从五百万北京谱仪J/ψ事例以及相应的J/ψ衰变道的蒙特卡罗数据分析结果,证明了程序的可靠性.