北京谱仪Ⅲ上的粲偶素跃迁的研究

摘要

粲物理对于理解量子色动力学(QCD)的各种作用机制起了很重要的作用，这是因为粲夸克偶素的衰变过程较少受到相对论效应和强相互作用常数αs的影响。在QCD势模型理论中，夸克间自旋无关的单胶子交换部分的相互作用已经研究的很清楚了，因为有足够的实验数据给理论提供支持。但夸克间自旋相关的相互作用机制由于缺少实验数据，所以对其认识的还不够。到目前为止，唯一知道的粲偶素能级超精细分裂是处于1S态的粲偶素:△Mhf(1S)=M（J/ψ）-M(ηc)=117±1 MeV。最近，BaBar，Belle，CLEO和BESⅢ合作组分别成功的探测到ηc(2S)共振态的存在，从而使我们可以计算出处于2S态粲偶素的超精细分裂:△Mhf(2S)=M(ψ(2S))-M（ηc（2S)）=49±4MeV。
　　在粲偶素的族谱中，对P波单态hc的发现和测量具有很重要的意义，因为比较它的质量和P波三重态的质量为了解夸克间自旋相关部分的相互作用提供了重要的信息。根据量子色动力学的势模型，单胶子交换的库伦势引起的能级分裂只会影响到S态。因此，P波的超精细分裂理论预计为近于0的小值。目前实验测量的3P态的自旋加权的平均质量为:=(M(xc0)+3M(xc1)+5M(xc2))/9=3525.30±0.07 MeV，如果精确测量了hc的质量就可以计算出P波粲偶素的超精细分裂，从而了解夸克间自旋相互作用的机制。最近，BESⅢ合作组通过粲偶素ψ(2S)的单举衰变过程精确测量了hc的共振参数。为了提高信噪比和测量精度，还可以通过遍举过程来测量hc的共振参数。
　　ηc作为粲偶素中能级最低的共振态，不同实验组对其共振参数的测量结果间有很大的误差。因为受到跃迁光子能量依赖的影响，粲偶素辐射跃迁过程中ηc的谱形和B介子衰变及双光子过程中产生的ηc的谱形是不同的，此外信号和本底间的干涉也对测量结果有很大影响。最近BESⅢ通过ψ(2S)→γηc的过程，考虑了M1光子能量依赖效应和干涉效应，精确测量了ηc的共振参数。在电偶极跃迁过程hc→γηc过程中，信号和非共振本底的干涉效应可以忽略，为测量ηc的参数提供了很好的平台。
　　在这篇论文里，介绍了利用北京谱仪Ⅲ上收集的106M的ψ(2S)数据，用遍举分析的方法通过同位旋破坏的跃迁过程ψ(2S)→π0hc，hc→γE1ηc，ηc→Xi对粲偶素hc和ηc共振参数以及相关的分支比的测量过程。其中Xi代表ηc的16个衰变模式:p(p)，2(π+π-)，2(K+K-)，K+K-π+π-，p(p)π+π-，3(π+π-)，K+K-2（π+π-），K+K-π0，p(p)π0，K0K±π(f)，K08K±π(f)π±π千，π+π-η，K+K-η，2（π+π-）η，π+π-π0π0，2（π+π-）π0π0。
　　通过拟合π0的反冲质量谱，我们得到信号的事例数为:832±35（误差只包括统计误差）。通过这些事例我们测量的hc的质量和宽度为:M(hc)=3525.31±0.11±0.14 MeV/c2,Γ(hc)=0.70±0.28±0.22 MeV，其中第一项误差为统计误差，第二项为系统误差。
　　还通过电偶极跃迁的过程hc→γηc研究了ηc的谱形，测得其共振参数为:M(ηc)=2984.49±1.16±0.52 MeV/c2,Γ（ηc）=36.4±3.2±1.7 MeV结果和从ψ(2S)→γηc过程考虑干涉效应的结果一致。此外还得到了联合分支比β1(ψ(2S)→π0hc)×β2(hc→γηc)×β3（ηc→Xi）和ηc衰变的分支比β3（ηc→Xi）。