（理论物理专业论文）在ee湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究.pdf

l | l l l ll li l l lj1 1 1 1 1 1i i i i i l 、i17 3 8 5 6 4 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和 相关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的 研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过 重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：安毳 2 跏年石月 石日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 刁面时发布 口解密后发布 黼：安磊翩签名弘砺州肌 在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 摘要 重工作在北京正负电子对撞机( b e p c ) 上的北京谱仪i i ( b e s i i ) 在e + e 一对撞质心能量= 3 7 7 3g e v 处采集了积分亮度为1 7 3p b - 1 的砂( 3 7 7 0 ) 数据，在诟= 3 6 5 0g e v 处采集了积分亮度为6 5p b _ 1 的连续区 数据。工作在北京正负电子对撞机i i ( b e p c i i ) _ k 的北京谱仪i i i ( b e s - i i i ) 在、压= 3 7 7 3g e v 处采集了积分亮度约为1 7 3p b _ 1 b ( 3 7 7 0 ) 数 据，在肛3 6 5 0g e v 处采集了积分亮度约为4 2p b _ 1 的连续区数 据。通过分析这些数据，本文研究了e + e 一一k 圣k + k k 一7 r + ( 在 本文中包含电荷共轭) ，k 2 k 一7 r + 7 7 ，k 品k 一7 r + 7 r + 7 r 一7 7 ，k 日k + k k 一7 r + 7 7 ， k o k + k k 一7 r + 7 r o ，k g k p + ，k g k 一7 r + i p o 七个遍举轻强子末态，测量了这 些末态在这两个能量点处的观测截面，在9 0 置信度下给出t g , ( 3 7 7 0 ) 衰 变到这些末态的观测截面及衰变分支比的上限。 此外 ，b e s i i i b e p c i i 在屉3 6 8 6 g e v 处采集了 约1 0 6 亿 ，( 3 6 8 6 ) 事例，在诉= 3 0 9 7g e v 处采集了约2 0 2 亿矽事例。通 过分析这些数据，本文测量了矽( 3 6 8 6 ) _ a 万，c a - o ，咖的衰变分支比，同 时还研究了动量在5 0 0m e v c 以下的带电7 r 介子的寻迹效率。 关键词：遍举轻强子观测截面分支比寻迹效率 广西大掌硕士学位论文 在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 t hee x p e r ime n t - a lr e s e a r c ha b o u tt he e x c l u s i v el i g h th a d r o n sp r o d u c e d ine + e a nnlhll a t i on a b s t r a c t t h eb e s i id e t e c t o ra tt h eb e p cc o l l i d e rh a v ea l r e a d yc o l l e c t e d1 7 3 p b 。1d a t aa t = 3 7 7 3g e va n d6 5p b _ 1d a t aa t = 3 6 5 0g e v t h eb e s i i id e t e c t o ra tt h eb e p c i ic o l l i d e rh a v ea l r e a d yc o l l e c t e da b o u t 1 7 3p b - ld a t aa t = 3 7 7 3g e va n da b o u t4 2p b d a t aa t 、压= 3 6 5 0 g e v b ya n a l y z i n gt h e s ed a t a ，w em e a s u r e dt h eo b s e r v e dc r o s ss e c t i o n sf o r t h ee x c l u s i v ef i n a ls t a t e so fk 甚k k k 七霄 k 甚k 一弧七q lk 譬k 一百+ 耳七氤一e n l k 急k k k 七霄q ，k 警k k k + 丽+ 铲，k 甚k p 七a n dk 蕊k 一两+ 萨p r o d u c e d i ne + e a n n i h i l a t i o na tt h et w oe n e r g yp o i n t s w eh a v ea l s os e tt h eu 伊 p e rl i m i t so nt h eo b s e r v e dc r o s ss e c t i o n sa n dt h eb r a n c h i n gf r a c t i o n sf o r 矽( 3 7 7 0 ) d e c a yt ot h e s ef i n a ls t a t e sa t9 0 c l u s i n ga b o u t1 0 6m i l l i o n 砂( 3 6 8 6 ) e v e n t sc o l l e c t e da t = 3 6 8 6g e v a n d2 0 2m i l l i o nj 妒e v e n t sc o l l e c t e da t = 3 0 9 7g e vw i t ht h eb e s i i i d e t e c t o ra tt h eb e p c i ic o l l i d e r ，w em e a s u r e dt h eb r a n c h i n gf r a c t i o no f 砂( 3 6 8 6 ) 专a 万，7 r oa n d 砂7 7a n ds t u d i e dt h et r a c k i n ge f f i c i e n c yo ft h e c h a r g e d 丌w i t hm o m e n t u ml e s st h a n5 0 0m e v c k e yw o r d s ：e x c l u s i v el i g h th a d r o n so b s e r v e dc r o s ss e c t i o n b r a n c h i n gf r a c t i o nt r a c k i n ge f f i c i e n c y 实验研究 1 2 矽、b ( 3 6 8 6 ) 粒子的发现5 1 3 b ( 3 7 7 0 ) 物理6 1 3 1 砂( 3 7 7 0 ) 共振态的发现6 1 3 2 妒( 3 7 7 0 ) 非d ) 衰变7 1 4 论文结构8 1 5 本章小结9 第二章e + e 一_ 遍举轻强子末态观测截面的测量 1 0 2 1b e s - i i 数据分析1 0 2 1 1 事例选择1 0 2 1 2d d 事例的排除1 1 2 1 3 数据分析1 4 2 1 4 背景减除2 2 2 1 5 结果3 0 l 1 l 3 广西大掌硕士学位论文在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 2 1 6 小结3 5 2 2b e s - i i i 数据分析3 7 2 2 1 事例选择3 7 2 2 2 数据分析3 8 2 2 3 本底分析4 1 2 2 4 结果4 9 2 2 5 小结5 2 2 3 本章小结5 2 第三章砂( 3 6 8 6 ) 几个两体衰变的实验研究 5 4 3 1 物理意义5 4 3 2 妒( 3 6 8 6 1 _ 人天5 5 3 2 1 事例初选5 5 3 2 2 蒙特卡罗研究5 6 3 2 3 数据分析5 9 3 3 l f ，( 3 6 8 6 ) 一丌o ，如分析6 0 3 3 1 事例选择6 0 3 3 2 蒙特卡罗研究6 5 3 3 3 数据分析7 1 3 4 背景减除7 1 3 5 系统误差7 5 3 6 b 矽( 3 6 8 6 ) _ f 】7 9 3 7 本章小结7 9 的实验研究 8 0 8 0 8 0 4 1 2 粒子鉴别8 0 4 1 3 运动学拟合8 1 4 2 研究方法8 1 4 3 数据分析8 1 4 4 小结8 6 参考文献 附录a 北京正负电子对撞机( b e p c ) 和北京谱仪一i i ( b e s i i ) 附录 9 0 9 5 9 5 a 1 北京正负电子对撞机9 5 a 2 北京谱仪( b e s - i i ) 9 6 a 2 1 束流管9 6 a 2 2 顶点探测器9 7 a 2 3 主漂移室9 7 a 2 4 飞行时间计数器9 9 a 2 5 簇射计数器9 9 a 2 6 磁铁系统1 0 0 a 2 7 肛计数器1 0 0 a 2 8 亮度监测器1 0 1 v 广西大掌硕士学位论文在e + e 一涅没中遍举轻强子末态产生的实验研究 a 2 9 气体系统1 0 1 a 3 北京谱仪数据获取和处理1 0 1 致谢 a 3 1 北京谱仪数据获取1 0 1 a 3 2 离线数据分析处理1 0 1 1 0 4 广西大掌硕士学位论文 在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 插图目录 1 1 标准模型中微观粒子分类图4 2 - 1 从砂( 3 7 7 0 ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选出的e + e 一一 础k k + k + 7 r 一候选事例的7 r + 7 r 一不变质量谱。1 5 2 - 2 从1 0 ( 3 7 7 0 ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选出的( a ) e + e 一五曙k 一7 r + 町，( b )e + e 一+ j 曙k 一7 r + 7 r + 7 r r ，( c ) e + e 一 醒k k k + 7 r + r l 和( d ) e + e 一一码k k k + r r + a - o 侯选事例i 均r r + r r 一不 变质量谱。粗箭头之间的区域为k 2 信号区，细箭头之间的区域 为础边带区。1 6 2 3 从砂( 3 7 r o ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选出的( a ) e + e 一叶砖k 一7 r + 叩，( b ) e + e 一_ 砖k 一7 r + 7 1 - + 7 1 - 一，7 和( c ) e + e 一_ 醒k k + k 一7 r + 叩候选事例的7 7 不变质量谱，其中，已要求螈+ 丌一落 在码信g - x e 。1 8 2 4 从砂( 3 7 r o ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选出的e + e 一 _ 砖k k + k + 7 r 一7 r o 候选事例的7 ，y 不变质量谱。其中，己要求螈+ 丌一落 在础信号区。1 9 2 - 5 从砂( 3 7 r o ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选出的( a ) e + e 一_ 砖k p + 和( b ) e + e 一_ 础一矿矿，候选事例的7 r + 7 r 一不变质量谱。 粗箭头之间的区域为碎信号区，细箭头之间的区域为k 2 边带区。2 0 2 - 6 从妒( 3 7 7 0 ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选出的( a ) 醒k 一矿和( b ) 础k 一7 r + p o ，候选事例的7 1 + 7 1 0 ，7 r 十7 r 一不变质量谱。其中，已要求重 建硝的丌+ 7 r 一的+ 霄一落在砖信号区。2 1 2 7 分析d d 蒙特卡罗样本得到的e + e 一_ 础k k k + 丌+ 候选事例 的7 r + 丌一不变质量谱。2 7 广西大掌硕士掌位论文在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 2 - 8 分析d d 蒙特卡罗样本得到的( a ) e + e 一_ 砖k 一7 r + r l ，( b ) e + e 一鼻曙一7 r + 7 r + 7 r r l ，( c ) e + e 一五0 k k + 一丌+ 7 7 和( d ) e + e 一 k 2 k k + k 一7 r + 7 r o 候选事例的7 7 不变质量谱。其中，已要求坞+ 丌一落 在砖信号区。2 8 2 - 9 分析d d 蒙特卡罗样本得到的( a ) e + e 一_ 础k 一矿和( b ) e + e 一_ 2 k 一7 r + p o 候选事例的7 r + t r 0 或7 r + 7 r 一不变质量谱。其中，已要求重 建砖的7 r + 7 r 一组合的不变质量+ 万一落在码信号区。2 9 2 - 1 0 从矽( 3 7 7 0 ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选的e + e 一 _ 衅一+ k + 7 r 一候选事例的7 r + 7 r 一的不变质量谱。3 9 2 1 1 从妒( a r r o ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选的( a ) e + e 一_ 醒k 一丌+ ，7 ， ( b ) e + e 一j 嘻k 一7 r + 7 r + 7 r 一卵，( c ) e + e 一尺罢k k k + 丌+ 叼和( d ) e + e 一_ k o k k k + r r + 7 r o 候选事例的丌+ 7 r 一不变质量谱。虚箭头之 间的区域为砖信号区，实箭头之间的区域为砖边带区。4 0 2 1 2 从矽( 3 7 7 0 ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) e e 拶t 选的( a ) e + e 一_ 醒k 一7 r + ，7 ， ( b ) e + e 一_ 砖k 一7 r + 7 r + 7 r 一叩，( c ) e + e 一_ 衅k k + k 一7 r + 7 7 和( d ) e + e 一一霹k k + k 一7 r + 丌0 候选事例的7 7 不变质量谱。4 2 2 1 3 从妒( 3 7 7 0 ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选的( a ) e + e 一 _ 碟k p + 和( b ) e + e 一_ 硝k 一7 r + p o 候选事例的7 r + 7 r 一不变质量谱。虚 箭头之间的区域为础信号区，实箭头之间的区域为砖边带区。4 3 2 1 4 从矽( 3 7 7 0 ) 数据( 左) 和连续区数据( 右) 中挑选的( a ) e + e 一_ 码k _ 矿 和( b ) e + e 一_ 砖k 一7 r + p o 候选事例的r r + r r o 或丌+ 7 r 一的不变质量谱，虚 箭头之间的区域为k o 信号区，实箭头之间的区域为砖边带区。4 4 2 1 5b e s - i i i 产生子框架演示4 9 孓1 分析! b ( 3 6 8 6 ) 单举蒙特卡罗样本得到的妒( 3 6 8 6 ) 一a 天候选事例的( a ) a 衰 变长度“、( b ) 天衰变长度k 和( c ) 两者衰变长度总和l a + 天的分布，其 中，误差棒为信号事例，下面直方图为本底事例。5 7 研究 5 8 3 - 3 砂( 3 6 8 6 ) 一a 天候选事例的一v s 嗡+ 的散点图，图中实线框对应 于a 和五信号区。5 9 3 4 妒( 3 6 8 6 ) _ a 天候选事例的阿一和加+ 不变质量谱：( a ) 一不变质量谱， 虚箭头内为a 信号区，实箭头内为人边带区，( b ) h 信号区对应的研+ 不 变质量谱和( c ) 人边带区对应的加+ 不变质量谱。6 0 3 - 5 分析砂( 3 6 8 6 ) 数据得到的妒( 3 6 8 6 ) _ a 天候选事例的一v s + 的散 点图，图中实线框对应于a ，天信号区。6 1 3 - 6 l , ( 3 6 8 6 ) _ a 天候选事例的( a ) 质子，( b ) 反质子，( c ) 丌+ 的和( d ) 丌一的动 量分布。其中，误差棒为数据，直方图为蒙特卡罗。6 2 3 - 7 b ( 3 6 8 6 ) 一a 五候选事例的( a ) 质子，( b ) 反质子，( c ) 丌+ 和( d ) i r 一的极角 余弦c o s p 的分布，其中，误差棒为数据，直方图为蒙特卡罗。6 3 3 - 8 矽( 3 6 8 6 ) _ a 天候选事例的( a ) a 衰变长度l a 、( b ) 天衰变长度k 和( c ) 两 者衰变长度总和“+ 五的分布，其中，误差棒为数据，直方图为蒙特 卡罗。6 4 3 - 9 矽( 3 6 8 6 ) 一a 天候选事例的运动学拟合的) ( 2 分布，其中，误差棒为数 据，直方图为蒙特卡罗。6 5 3 - 1 0 分析砂( 3 6 8 6 ) 数据得到的移, ( 3 6 8 6 ) 一a 天候选事例的 一和加+ 的不变 质量谱：( a ) 阳一不变质量谱，其中，虚箭头内为a 信号区，实箭头 内为人边带区，( b ) a 信号区对应的刀+ 不变质量谱和( c ) a 边带区对应 的丽+ 不变质量谱。6 6 3 - 1 1 分析砂( 3 6 8 6 ) 单举蒙特卡罗样本得到的矽( 3 6 8 6 ) _ 一k + 7 ，y 候选事例 的运动学拟合2 的分布，其中，误差棒为信号，下面的直方图为本底。 6 7 3 - 1 2 1 , ( 3 6 8 6 ) 一k k + 7 7 候选事例的坞1v s 坛+ k 一的散点图，其中，虚 线框对应于加。信号区，实线框对应于卸信号区。6 8 广西大掌硕士掌位论文在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 3 - 1 3 杪( 3 6 8 6 ) _ 加。候选事例的( a ) k + k 一不变质量谱，( b ) o 信号区对应 的竹不变质量谱和( c ) 驴边带区对应的7 7 不变质量谱，其中，虚箭头内 区域为或7 r o 信号区，实箭头内区域为砂边带区。6 9 3 - 1 4 矽( 3 6 8 6 ) _ 加候选事例的( a ) k + k 一不变质量谱，其中，虚箭头内区域 为妒信号区，实箭头内区域为庐边带区，( b ) 信号区对应的7 7 不变质量 谱和( c ) 妒边带区对应的7 7 不变质量谱。7 0 3 - 1 5 分析妒( 3 6 8 6 ) 数据得到的妒( 3 6 8 6 ) _ k k + 7 7 候选事例的坞1v s 坛+ k 一的散点图，其中，虚线框对应于咖和丌。信号区，实线框对 应于和7 7 信号区。7 2 3 1 6 分析妒( 3 6 8 6 ) 数据得到的妒( 3 6 8 6 ) 一细。候选事例的( a ) k + 彤一不变质量 谱，( b ) 信号区对应的，y 7 不变质量谱和( c ) 边带区对应的7 ，y 不变质量 谱，其中，虚箭头内区域为或7 r o 信号区，实箭头内区域为砂边带区。7 3 3 1 7 分析砂( 3 6 8 6 ) _ 咖候选事例的( a ) k + k 一不变质量谱，其中，虚箭头内 区域为信号区，实箭头内区域为边带区，( b ) 信号区对应的，y ，y 不变 质量谱和( c ) 妒边带区对应的，y 7 不变质量谱。7 4 3 - 1 8 分析连续区数据得到的e + e 一_ a 天候选事例的舾一和加+ 不变质量 谱：( a ) p t r 一不变质量谱，其中，虚箭头内区域为人信号区，实箭头内 区域为人边带区，( b ) a 信号区对应的加+ 不变质量谱和( c ) a 边带区对应 的加+ 不变质量谱。7 5 3 - 1 9 分析连续区数据得到的e + e 一_ 加。候选事侈l j ( a ) k + k 一不变质量 谱，( b ) 砂信号区对应$ j 7 7 5 变质量谱和( c ) 边带区对应的，y 7 不变质 量谱，其中，虚箭头内区域为或7 r o 信号区，实箭头内区域为边带区。 7 6 3 - 2 0 分析连续区数据得到的e + e 一一咖候选事例的( a ) k + k 一不变质量谱， 其中，虚箭头内为信号区，实箭头内为边带区，( b ) 信号区对应 的，y ，y 的不变质量谱和( c ) 砂边带区对应的，y ，y 的不变质量谱。7 7 x 生的实验研究 ( b ) 找到 的丢失径迹与三条重建出的径迹反冲方向之间的夹角a ，( c ) 找到的丢 失径迹的动量分布和( d ) 找到的丢失径迹c o s 口分布，其中，直方图为蒙 特卡罗，误差棒为数据。8 2 垂2 分析妒( 3 6 8 6 ) 数据得到的a 天候选事例的( a ) p 7 r 一不变质量谱和( b ) p 7 r 一反 冲质量谱，其中，直方图为蒙特卡罗，误差棒为数据。8 3 垂3 分析妒( 3 6 8 6 ) 数据得到的样本t ( 左) 和样本f ( 右) 中丢失径迹7 r 十在动量范 围( a ) 小于2 0 0m e v c ，( b ) 2 0 0m e v o - - , 3 0 0m e v c 和( c ) 3 0 0m e v c , - - , 4 0 0 m e v c 的m 2 + 的分布，其中，已要求l c o s 如+ l o 9 3 。8 4 “分析砂( 3 6 8 6 ) 数据得到的样本t ( 左) 和样本f ( 右) 中丢失径迹丌+ 在动量范 围( a ) 小于2 0 0m e v c ，( b ) 2 0 0m e v c , , , 3 0 0m e v c 和( c ) 3 0 0m e v c , - 一4 0 0 m e v c 的 7 r 2 + 的分布，其中，已要求ic o s 如+ i o 8 5 。8 5 4 - 5 分析矽数据得到的样本t ( 左) 和样本f ( 右) 中丢失径迹丌+ 在动 量范围( a ) 小于1 8 0m e v c ，( b ) 1 8 0m e v o - , 2 5 0m e v c 和( c ) 大于2 5 0 m e v c 的 霹+ 的分布，其中，已要求ic o s + i + s i n 曰删z 1 2 3 岛 ， i b ( 3 6 8 6 ) = 一s i n 妇1 1 3 d 1 + s i n 口删z 1 2 3 研 其中，1 1 3 d 1 和1 2 3 研 为c 石夸克系统的角动量的本征态，缸为两个本征态的混 合角。b e s i i 妒( 3 7 7 0 ) 物理的最新研究结果给出混合角o r i z = ( 1 0 64 - 1 3 ) 。【1 0 l 。因此 理论上认为砂( 3 7 7 0 ) 共振态是以d 波为主，混有s 波成分的c 跨克束缚态。b ( 3 7 7 0 ) 共 振态是d d 对产生阈能之上质量最低的粲偶素态，由于它可以通过e + e 一直接湮没产 生，因此它的量子数和光子一样即j 船= 1 _ 一。理论预期，质量在d d 对产生阈能 之上的粲偶素态可以有六种主要的衰变方式，它们分别是： 6 广西大掌硕士学位论文- 在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 通过o z i 允许的过程衰变到d o d o 和i d + d 一； 湮没到虚光子，虚光子再耦合到轻子对或夸克对孵； 湮没到三胶子，胶子再碎裂为强子； 辐射一个光子后再湮没为胶子； 通过辐射胶子跃迁到低能量的粲偶素态； 通过辐射一个光子跃迁到低能量的粲偶素态。 1 3 2 砂( 3 7 7 0 ) 非d 西衰变 基于q c d 的势模型理论和q c d 多极展开理论，理论家们预期有9 8 的矽( 3 7 7 0 ) 衰 变到d d 末态，剩余约2 的矽( 3 7 7 0 ) 通过不同的物理机制衰变到非d 西末态。在b e s - i i 采集妒( 3 7 7 0 ) 数据之前，国际上有若干实验组都对矽( 3 7 7 0 ) 的产生及次产生物d 介子 的特性和衰变特性进行过研究，但是对妒( 3 7 7 0 ) 的z j d ) 衰变特性的研究方面，各个 实验组均没有发表任何正式的实验结果。这说明，在b e s - i i 实验之前，高能物理界 对, 多( 3 7 7 0 ) 自身特性及衰变特性的认识还很粗浅，认为妒( 3 7 7 0 ) 几乎百分之百地衰变 到d 西末态。 妒( 3 7 7 0 ) 能否以较大的分支比衰变到非d d 末态一直是理论和实验物理学家十分 感兴趣的研究课题。长期以来物理学家难以理解的是在g , ( a t r o ) 共振峰处d 西的观测 截面盯器比矽( 3 7 7 0 ) 的观测截面啼7 7 0 ) 小得多【1 叫。b e s 合作组利用几种不同的方法 和几组不同的数据样本测量得到i 堑- j ! b ( 3 7 7 0 ) _ 非d 西的衰变分之t t 为( 1 4 7 士3 2 ) ( 7 ，1 1 1 4 1 ，这和传统理论预期相比不一致，这说明 或者, , ( 3 7 7 0 ) 确实能以较大的分支比衰变到非d d 末态； 或者在此能区内有未知的新的结构或者动力学因素，影响砂( 3 7 7 0 ) 的产生和衰 变 【1 5 ，1 6 1 。2 0 0 3 年b e s 合作组在国际上首次观测到妒( 3 7 7 0 ) 的第一个非d d 衰变模 式：, 4 3 7 7 0 ) 一妒7 r + 7 r 一，并测量了其衰变分支比为b 矽( 3 7 7 0 ) 叶a 妒r r + 7 r 一】= 7 广西大掌硕士学位论文 在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 ( 0 3 4 士0 1 4 士0 0 9 1 【1 7 】。这个发现引起了国际高能物理界的广泛关注和讨论，开创 了研究妒( 3 7 7 0 ) 非d d 衰变的新领域，后来被c l e o 合作组证实【1 8 】。随后c l e o 合作 组发现了一系列遍举的非d d 衰变：矽( 3 7 7 0 ) _ 矽7 r 0 7 r o ，妒7 r o ，咖，y x 。j ( g = o ，1 ，2 ) 1 1 9 ，2 0 以及咖【2 1 】等等。但是，这些矽( 3 7 7 0 ) _ 遍举非d d 衰变的分支比之和不 超过2 。在过去的几年中，b e s 合作组和c l e o 合作组都在试图寻找其它的妒( 3 7 7 0 ) 遍举非粲末态衰变 2 2 - 2 8 1 2 1 ，2 9 ，a o 。然而，已有的实验结果仍不能解释理论和实验的 差异，寻找更多的遍举末态可以为更好地理解此差异提供更多的实验信息，此外也 可以帮助我们理解连续轻强子的产生机制。 1 4 论文结构 由于到目前为止，b e s 和c l e o 实验组测出的矽( 3 7 7 0 ) 一遍举非d 西衰变 分支比之和与测量得到的妒( 3 7 7 0 ) 一单举非d d 衰变分支比并不饱和，这说 明妒( 3 7 7 0 ) 共振态可能仍然存在其它的遍举非d d 衰变。为此，本文通过分析b e s - i i b e p c 在庐3 7 7 3 和3 6 5 0g e v 采集的1 7 3p b 一1 的妒( 3 7 7 0 ) 数据和6 5p b 一1 的连续 区数据，从研究= 3 7 7 3g e v 和3 6 5 0g e v 处e + e 一湮没中一些含k g 遍举轻强子末 态入手，尝试寻找砂( 3 7 7 0 ) 共振态的遍举非d 西衰变，为理解砂( 3 7 7 0 ) 的非d d 衰变提 供更多实验信息。 此外，到目前为止，b e s i i i b e p c 1 1 分别在3 0 9 7 ，3 6 5 0 ，3 6 8 6 和3 7 7 3 g e v 处采集了大量数据。这些数据样本大，质量好。我们可以利用这些数据来 进一步研究矽( 3 7 7 0 ) _ 一些遍举轻强子末态及研究b ( 3 6 8 6 ) 的一些衰变。基于此，本 论文的结构安排如下： 第一章粒子物理简介及妒( 3 7 7 0 ) 物理简介； 第二章：第一部分，利用b e s - i i 在3 7 7 3g e v 和3 6 5 0g e v 处采集的1 7 3p b 一1 的矽( 3 7 7 0 ) 数据和6 5p b - 1 的连续区数据， 研 究e + e 一_ 砖k + 一k 一丌+ ，础k 一丌+ ，7 ，砖k 一丌+ 一7 r 一7 7 ，砖k + k k 一7 r + 叩， k o k + k k i f + f r o ，k 2 k 一矿，k 2 k 一7 r + p o 七个遍举轻强子末态；第二部分， 利用b e s - i i i 在：3 7 7 3g e v 和3 6 5 0g e v 处采集的1 7 3p b - 1 的砂( 3 7 7 0 ) 数据 和4 2p b - 1 的连续区数据研究这七个遍举轻强子末态： 8 广西大掌硕士学位论文在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 0 第三章介绍利用b e s i i i 在3 6 8 6g e v 处采集的大约一亿妒( 3 6 8 6 ) 数据，测量 7 妒( 3 6 8 6 ) _ 人天，加o ，咖的衰变分支比； 第四章介绍利用b e s - i i i 在3 6 8 6g e v 和3 0 9 7g e v 处采集的大约1 亿妒( 3 6 8 6 ) 事 例和大约2 亿j 矽事例，通过砂( 3 6 8 6 ) ( 妒) 一a 天，a _ 妒一，天一加+ 研究动量 在5 0 0m e v c 以下的带电7 r 介子的寻迹效率； 0 附录简单介绍北京正负电子对撞机( b e p c ) 和北京谱议- i i ( b e s - i i ) 。 1 5 本章小结 本章简单介绍了粒子物理学的发展及基本理论，妒( 3 7 7 0 ) 共振态的一些特性及衰 变特性，以及本论文的结构安排。 9 广西大掌硕士学位论文 在e + e 一湟没中遍举轻强子末态产生的实验研究 第二章e + e 一_ 遍举轻强子末态观测截面的测量 2 1b e s i i 数据分析 通过分析北京正负电子对撞机( b e p c ) _ h 的北京谱仪i i ( b e s i i ) 在e + e 一对撞质心 系能量= 3 7 7 3g e v 处采集的积分亮度为1 7 3p b _ 1 的数据和在庐3 6 5 0g e v 处采 集的积分亮度为6 5p b 一1 的数据，本小节研究了e + e 一_ k o g + g k 一7 r + ( 包含电 荷共轭) ，石墨k 一7 r + 叩，j 噶k 一7 r + 7 r + 7 r 一叩， 粤k + k k 一7 r + 叩，鼻岛k + k k 一7 r + 7 r o ，j 曙k p 十， k 2 k 一7 r + p o 七个遍举轻强子末态，测量了这些末态在这两个能量点处的观测截面， 在9 0 0 - c 置信度下给出t 妒( 3 7 7 0 ) 衰变到这些末态的观测截面及衰变分支比的上限。为 了方便起见，我们把这两个数据分别称为妒( 3 7 7 0 ) 数据和连续区数据。 2 1 1 事例选择 本节研究的七个遍举轻强子末态是k g n k m t r i ( 7 7 ) ( n = l ，3 ；m = 1 ，3 和i = 0 ，1 ) 组 合。如果末态含有砖，7 r 0 ，r 和p 介子，我们通过砖_ l r + 7 r - , r i _ ，y ，y ，7 r o _ 7 7 和j d _ 7 r 7 r 来重建这些中间态粒子。为了从数据中挑选出好的事例，要求候选事例满足以 下选择条件。 2 1 1 1 径迹选择 要求末态带电径迹数不少于所研究末态中所含的带电径迹数。且每条带电径 迹在主漂移室中都有好的螺旋度拟合。 每条带电径迹的项点在x y 平面上到坐标原点的最近距离兄! ，小于2 o c m ，在z 方向上与坐标原点的最近距离兄小于2 0 c m 。对于从2 衰变出来的带电径迹要 求如可小于8 0 c m ，r ：小于2 0 c m 。 每条带电径迹极角余弦值的绝对值满足_ 1 c o s o i 0 0 0 1 时，该径迹被鉴别为7 r 介子； 当c l k c l 丌时，该径迹被鉴别为k 介子。 2 1 1 3 光子选择 为了有效地排除由电子学噪声等因素产生的假光子和低能劈裂光子，要求好光 子满足以下判选条件： 光子在b s c 中的沉积能量要大于5 0m e v , 光子与电磁计数器在前五个读数层发生相互作用； 光子与离它最近的带电径迹之间的夹角要大于2 2 。f 3 1 】， 击中量能器的方向与光子的簇射发展方向之间的夹角要小于3 7 。【3 - 】。 2 1 1 4 运动学拟合 为了提高动量分辨，优化质量谱的信噪比，改善质量谱的分辨率，我们对每种 候选组合都进行了能动量守恒的运动学约束。要求每种组合都要通过能动量守恒的 运动学拟合，并且运动学拟合几率大于1 。如果在一个事例中不止种组合通过 了以上所有的判选条件，只保留运动学拟合几率最大的那种组合。 2 1 2 d 西事例的排除 在仍) - - 3 7 7 3g e v 处采集的砂( 3 7 7 0 ) 数据中，这些末态可能会有较多的d 西事 例的贡献，因此我们首先用双标记的方法扣除d d 事例的贡献。也就是说，如 果某个遍举轻强子末态的候选事例能够被重建为d 西事例，我们则将其排除。 对码k k k + 7 r + 末态，有污染的d d 衰变模式有： 1 1 广西大学硕士学位论文 在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 d 一一j 曙k 一g d + _ k k + 7 r + d + _ 尺鲁7 r + g d 一_ k k k + ， d o _ 砖k k + 且6 0 _ k 一7 r + ， d o _ 砖k 一7 r + 且百o _ k k + ， 式有： 广西大学硕士学位论文 在e + e 一涅没中遍举轻强子末态产生的实验研究 对硝k k + k 一7 r + 叩末态，有污染的d d 衰变模式有： d 一一k 譬k 一r d 七一k + k 一贺+ q ， d 一一砖k 一叩且d + _ k + k 一7 r + ， d 一_ 码k k + k 一r d + 一7 r + 7 1 ， d + _ j 娼7 r + l i d 一一k k + k 一7 7 ， d + 一砖7 r + 叩且d + 一k + k k 一， d + _ 砖k + k 一7 r + 且d 一_ k 一，7 ， 0d o 一砖7 7 且庐_ k + k k 一7 r + ， d o _ 砖k k + 且彦。一7 r + k 一叩， d o _ k o k 一7 r + 叩r f i o _ 7 r + 丌一， d o k g k + k 一町且西。一k 一7 r + ， d o _ 砖k z + h b o _ k + k 一叩， 对码k k + k 一7 r + 7 r o 末态，有污染的d d 衰变模式有： d 一一砖k 一且d + 叶k + k 一7 r + 7 r o ， d 一_ 码k 一7 r o r d + _ k + k 一7 r + ， d 一_ 础k k + k 一且d + _ 7 r + 7 r o ， d + _ 础7 r + 且d 一一k k + k 一丌o ， d + 一础7 r + 7 r o 且d + _ k 十k k 一， d + _ 五曙k + 一7 r + f i d 一一k 一丌o ， d o 一砖7 r o r 5 0 _ k + k k 一7 1 - + ， 1 3 广西大掌硕士掌位论文 在e + e 一湮没中遍举轻强子末态产生的实验研究 d o _ 码一k + e t b o _ 7 r + k 一丌o ， d o 叶砖一i t + i t o 且办。一k + k 一， d o _ k 3 k + k 一7 r o 且彦o _ k 一7 r + ， d o _ 砖k 一7 r + i i b o _ k + k 一7 r 0 ， 对霹k p + 末态，有污染的d 西衰变模式有： d 一_ 础k 一且d + 一p + ， d + _ 砖矿且d + 一k 一， d o _ k oh b o _ k p + 对础k 一7 r + p o 末态，有污染的d d 衰变模式有： d 一_ k 皂k 一鱼d + 一一萨， d 一呻k 一矿且d + _ 硝7 r + ， d o _ k 一7 r + 且百o _ 础矿 蒙特卡罗模拟研究表明用这个方法能够排除大部分d o 衰变的事例。文献【3 2 】详细地 描述了双标记d d 事例的挑选。由于粒子误判或丢失光子等原因还会残留一部分来 自d d 衰变的事例，我们将通过蒙特卡罗模拟的方法来估计并排除这部分的贡献。 2 1 3 数据分析 在所分析的末态中都含有一个k g 介子，我们通过分析重建k 璺的1 r + t r 一不变质 量 靠+ 丌一来挑选各个末态的候选事例，珥+ 万一是利用经过砖次级顶点重建修正后的 四动量矢量计算得到的。对e