ψ(3770)和ψ(2S)衰变到含φ的轻强子末态的实验研究

摘要

D(D)阈上粲偶素的非D(D)衰变过程的研究，是Τ-粲能区高能物理研究的重要课题之一。ψ(3770)是D(D)对产生阈上质量最低的粲偶素态，传统理论预期其衰变到D(D)过程的分支比大于98％。但是，实验结果显示ψ(3770)总截面和D(D)的产生截面存在明显（约15％）差异，而目前已知遍举衰变道的分之比之和不能解释此差异。在实验上寻找ψ(3770)的遍举轻强子衰变，有助于理解ψ(3770)的非D(D)衰变的起源。除此之外，对ψ(3770)和ψ(3686)遍举轻强子衰变的研究还可以为解释“ρπ”疑难提供更多实验依据，并为理解B介子衰变末态再散射效应以及ψ(3770)共振态的衰变特性提供更多思路。
　　BESⅢ实验在ψ(3770)峰上(√s=3.773GeV)采集了积分亮度约2.9fb-1的数据。这是目前世界上最大的ψ(3770)数据样本。在本文中，我们利用此数据样本和√s=3.650GeV处采集的积分亮度约44.39pb-1的连续区数据，寻找了ψ(3770)→φπ+π-，ψ(3770)→φπ0π0，ψ(3770)→φK+K-和ψ(3770)→φK0SK0S。在忽略ψ(3770)共振态衰变与e+e-电磁过程之间可能干涉的情况下，测量得到的衰变分支比或分支比上限分别为：
　　B(ψ(3770)→φπ+π-）=(3.2±1.1)×10-4，
　　B(ψ(3770)→φπ0π0)＜3.4×10-4,
　　B(ψ(3770)→φK+K-)＜1.5×10-4,
　　B(ψ(3770)→φKK)＜0.9×10-4.其中对ψ(3770)→φπ0π0和ψ(3770)→φK0SK0S为实验上首次测量。对于ψ(3770)→φπ+π-衰变过程，我们首次观测到了显著性约3.1倍σ的信号，其在90％置信度下对应的衰变分支比上限为4.9×10-4。
　　在本文中，我们还利用BESⅢ实验于2009年在ψ(3686)峰上(√s=3.686GeV)采集的(1.06±0.04)×108个ψ(3686)事例，精密测定了ψ(3686)衰变到φπ+π-，φπ0π0，φK+K-和φK0SK0S的衰变分支比为：
　　B(ψ(3686)→φπ+π-）=(1.48±0.03±0.10)×10-4，
　　B(ψ(3686)→φπ0π0）=(0.70±0.03±0.04)×10-4，
　　B(ψ(3686)→φK+K-)=(0.83±0.04±0.06)×10-4,
　　B(ψ(3686)→φK0SK0S）=(0.54±0.04±0.06)×10-4.其中，对ψ(3686)→φπ0π0和φK0SK0S分支比的测定为国际首次测量。本论文测得的ψ(3686)→φπ+π-和φK+K-分支比与《粒子数据手册》给出的世界平均值在误差范围内一致，但精度更高。
　　本论文的研究结果，为理解ψ(3770)的非D(D)衰变之谜，及ψ(3686)衰变中的“ρπ”疑难提供了重要实验信息。