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BESIII上J/ψ总数的确定和J/ψ→μ~+μ~-分支比的测量

作　者: 廖小涛
导　师: 杨永栩；杨洪勋；沈肖雁
学　校: 广西师范大学
专　业: 理论物理
关键词: BESIII J/ψ总数 μ子分支比
分类号: O572.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 5次
引　用: 1次
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内容摘要

BESIII探测器是工作在北京正负电子对撞机BEPCII上的大型、通用、高精度谱仪,主要开展τ-粲物理能区的正负电子对撞物理实验、进行弱电相互作用和强相互作用研究以及新物理的寻找。BESIII自2008年夏天开始运行至今,各项性能不断提高,运行状态良好,并且先后从2008年5月到11月获取超过1000万的ψ(2S)数据;2009年3月获取了超过6000万的ψ(2S)数据。J/ψ粒子是粲夸克偶素家族中极其重要的一员,对J/ψ粒子的各项基本参数的测定是进行其它各项研究的基础。由于在测量J/ψ衰变的各种反应道的绝对分支比中,都需要用到J/ψ总数这一基本的参量,所以对J/ψ事例的总数测量工作显得尤为重要,其测量精度直接影响到J/ψ衰变物理的各种物理分析的系统误差大小。在BESII上,J/ψ总数的测量精度为4.7%,而BESIII各项性能指标优于BESII,因此人们期望在BESIII上对J/ψ总数的确定有更小的误差。考虑到对J/ψ→μ+μ-的测量精度已经达到了1%以内,同时经过改造后的BESIII,μ子探测器有较大改进,对μ子的探测、分辨能力大幅提高,因而本文通过J/ψ衰变到μ+μ-来确定BESIII上J/ψ事例的总数。基于BESIII的离线软件系统BOSS634版本,详细地研究了事例的选择条件,并进行了最优化选取。蒙特卡罗分析表明,我们的做法能有效地排除本底事例,精确地确定J/ψ事例总数。本方法将会用来确定BESIII上J/ψ总数。由于在实验上,J/ψ介子通常通过它的两个最大最干净的遍举衰变道J/ψ→e+e-和J/ψ→μ+μ-来作标记,二者的分支比也被用来确定强相互作用的耦合常数αs;并且它们的比例Be/Bμ也用来检验轻子的普适性;另外,J/ψ衰变到轻子对的分支比也是J/ψ粒子的基本参数之一。本文利用BESIII于2008年9月至10月试运行阶段获取的部分ψ(2S)数据,通过ψ(2S)→π+π-J/ψ(J/ψ→anything和J/ψ→μ+μ-)间接地测量J/ψ衰变到μ+μ-的分支比。先通过对事例末态特征的分析和计算,对所需要的挑选条件进行了仔细研究;然后基于BESIII的离线软件系统BOSS641版本,确定事例的挑选条件并进行事例挑选工作;对挑选出来的事例用Roofit作拟合,得到真正的好事例。利用Monte Carlo模拟,得到单举道和遍举道的效率,于是可以计算出J/ψ→μ+μ-的分支比。在拟合的过程中,我们采用双高斯拟合和用遍举道的π+π-反冲质量谱形状去拟合单举道的π+π-反冲质量谱形状的方法,并将二者得到的结果取平均,得到J/ψ→μ+μ-的分支比为5.70%,与PDG给出的值5.93%基本一致。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章引言  9-22
  一、粒子物理理论  9-15
    （一）量子场论  9-10
    （二）标准模型  10-12
    （三）强子组成  12-15
    （四）粒子物理理论的发展  15
  二、粒子物理实验  15-18
    （一）硬件的建设  15-18
    （二）离线软件的开发  18
    （三）物理分析  18
  三、粲偶素家族和J/ψ衰变  18-20
    （一） J/ψ粒子的性质  19
    （二） J/ψ粒子的衰变模式  19-20
  四、论文的选题动机和论文的结构  20-21
    （一）论文的选题动机  20
    （二）论文的结构  20-21
  第1章参考文献  21-22
第2章北京正负电子对撞机和北京谱仪  22-31
  一、北京正负电子对撞机（BEPC）简介  22-23
  二、北京谱仪BESIII  23-29
    （一） BESIII 主要性能指标  24-25
    （二） BESIII 组成部分介绍  25-27
    （三） BESIII 研究的主要物理内容  27-28
    （四） BESIII 的现状  28-29
  三、本章小结  29
  第2章参考文献  29-31
第3章通过J/ψ→μ+μ-确定BESIII 上J/ψ事例的总数  31-39
  一、引言  31
  二、测量原理和方法  31-38
    （一）测量的原理  31-32
    （二） MC 事例产生  32
    （三）事例的挑选和本底分析  32-37
    （四）输入输出检查  37
    （五）系统误差讨论  37-38
  三、本章小结  38
  第3章参考文献  38-39
第4章 BESIII 上J/ψ→μ+μ-分支比的测量  39-52
  一、引言  39
  二、测量原理和方法  39-40
    （一）直接测量  39
    （二）间接测量  39-40
  三、测量过程  40-50
    （一）蒙特卡罗（MC）样本与数据（Data）样本  40-41
    （二） ψ(25)→π+π-J/ψ, J/ψ→anything 和J/ψ→μ+μ-事例的挑选  41-48
    （三）拟合并计算分支比  48-50
  四、测量结果  50
  五、本章小结  50-51
  第4 章参考文献  51-52
第5章总结与讨论  52-53
  第5章参考文献  52-53
附录A BOSS 工作环境设置及数据分析  53-57
附录B 论文中使用到的MC 产生子  57-58
附录C ROOT 作图脚本及Roofit 拟合脚本  58-63
致谢  63-65

BESIII上J/ψ总数的确定和J/ψ→μ~+μ~-分支比的测量

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