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测量η_c质量与宽度和低动量π~0的重建效率

作　者: 张素荣
导　师: 杨永栩；张景芝
学　校: 广西师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 粲偶素 ψ(2S) η_c质量 η_c物理宽度软π~0重建效率
分类号: O572.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

物理学家基于已经发现了的一系列粲夸克偶素J/ψ、ψ(2S)、ψ(3770)粒子等,想努力寻找到粲夸克偶素家族的新成员。粲夸克偶素是研究和寻找新型强子的理想场所,对其产生和衰变性质的研究对于量子色动力学(QCD)理论的检验和发展具有非常重要的意义。QCD理论是用于描述强相互作用的基本理论,因此对QCD理论的检验和发展对于我们进一步理解自然界中的强相互作用规律有着重要的意义。目前自然界已发现的强子均由两个或者三个夸克组成,而QCD理论预言了多于三个夸克的多夸克态、夸克-反夸克对与胶子或者三个夸克与胶子(qqg,qqg)组成的混杂态和纯胶子(gg,ggg)组成的胶子球等新型强子的存在。但迄今为止,实验上还从未确认新型强子态的存在。因此,观测到胶子球、混杂态和多夸克态等新型强子态并确定其性质对检验和发展QCD理论具有重要的意义,一直是世界上很多高能物理实验最重要的物理目标之一。目前对于ηc各方面的研究很多,但是在不同实验中得到的对ηc共振曲线、质量和宽度的描述存在很大的差别。精确的测量M1跃迁因子不仅能验证我们理解的理论,而且是标准化ηc分支比的关键,而ηc分支比是测量其它特性的关键。同时ηc的质量和物理宽度的精确测量是精确测量ηc分支比的前提和保障。目前CLEO_c研究组已利用CLEO_c探测器收集到的24.5百万ψ(2S)衰变数据,精确的测量了粲偶素系统的磁偶极辐射。他们测量了J/ψ和ψ(2S)通过磁偶极距辐射衰变到η。的分支比。后面他们又测量了下面几个衰变道的分之比：B(ψ(2S)→γηc)=(4.32±0.16±0.60)×10-3,B(J/ψ→γηc)/B(ψ(2S)→γηc)=4.59±0.23±0.64,B(J/ψ→γηc)=(1.98±0.09±0.30)%。在他们的这些研究中观察到由于光子能量依赖于磁偶极辐射率,从而使ηc的形状有了扭曲。并说明了在测量ηc的质量时辐射跃迁过程与其它产生机制是存在差异的。基于CLEO_c的实验研究,我们利用现有的BESⅢ约一亿的ψ(2S)事例数据,通过衰变道ψ’→γηc深入细致的研究ηc共振参数精确测量的方法、信号拟合方法以及误差处理方法,从而精确测量ηc质量和宽度。同时对叼。的扭曲给出进一步的物理解释,即共振态与连续振幅间的干涉可能是导致形状不对称的原因。针对这种原因加上由于ηc本身宽度较宽(约30MeV),导致它可能与ψ(2S)的非ηc共振态衰变(本底)的直接衰变末态形成干涉,所以在ηc质量谱拟合中我们采用了信号与本底相干的方法,同时考虑效率修正和质量分辨效应。在许多物理分析中π0无论是作为信号还是本底都是系统误差一的个主要来源,通过π0的重建效率精度测量,可以准确估计由它带来的系统误差,尤其是低动量π0。我们利用样本衰变道ψ(2S)→π0π0J/ψ,J/ψ→μ+μ-/e+e-来测量低动量π0的重建效率。本论文是利用升级后的北京谱仪(BESⅢ)在北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)上首次采集到的106兆ψ(2S)数据进行实验分析工作,这个数据样本是BESⅡψ(2S)数据(1400万)的七倍,是美国康奈尔大学CLEO-c实验组采集样本(2700万)的约四倍,是目前世界上最大的在ψ(2S)共振峰上采集的数据样本。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-12
第一章引言  12-20
  1.1 粒子物理学的标准模型理论  12-14
  1.2 粒子加速器  14-16
  1.3 粲物理的研究发展  16-17
  1.4 论文选题的背景和意义  17-20
第二章共振态η_c物理参量(质量,宽度)的测量  20-42
  2.1 数据介绍和蒙特卡罗模拟  20
  2.2 事例选择  20-23
    2.2.1 事例选择的标准  21-23
  2.3 本底的来源及其估计  23-33
    2.3.1 减去的部分本底事例  23-24
    2.3.2 本底分析  24-33
      1. 主要本底的分析  25-30
      2. 其它本底的分析  30-33
      3. 剩余本底的分析  33
  2.4 本底分析的总结  33-34
  2.5 蒙特卡罗(MC)效率曲线  34-35
  2.6 探测器分辨的计算  35-36
  2.7 输入输出检查  36
  2.8 拟合结果  36-38
  2.9 系统误差分析  38-41
    2.9.1 蒙特卡罗(MC)效率曲线的修正  38-39
    2.9.2 dumping因子带来的系统误差  39
    2.9.3 探测器分辨带来的系统误差  39
    2.9.4 本底估计带来的系统误差  39-41
  2.10 本章小结  41-42
第三章低动量π~0重建效率的测量  42-53
  3.1 数据介绍和蒙特卡罗模拟  42
  3.2 信号道事例的挑选  42-47
    3.2.1 带电径迹挑选的条件  42-43
    3.2.2 中性径迹挑选的条件  43-47
  3.3 标记π~0的选择  47-49
  3.4 软π~0的选择  49-50
  3.5 重建效率的计算  50-52
  3.6 本章小结  52-53
第四章总结和展望  53-54
附录A 北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)和北京谱仪(BESⅢ)介绍  54-64
  A.1 北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)  54-55
  A.2 北京谱仪(BES-Ⅲ)  55-57
  A.3 触发系统  57-58
  A.4 在线数据获取系统  58-59
  A.5 离线数据分析系统  59-63
  A.6 BESⅢ数据  63
  A.7 本章小结  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-70

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