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论文在简略介绍北京正负电子对撞机(BEPCII)和北京谱仪(BESIII)主要设备和物理目标的基础上,详细描述了论文作者参与的BESIII离线数据处理系统的软件工作和物理分析工作。
BESIII漂移室(MDC)是BESIII谱仪中最重要的探测器之一,负责测量带电粒子径迹的动量,位置,以及用于粒子鉴别的能量损失(dE/dx)。漂移室的离线数据处理软件是BESIII离线数据处理软件系统的重要组成部分,主要包括事例起始时间确定,径迹寻找,径迹拟合,离线刻度,dE/dx重建与刻度五部分。它对BESIII的物理结果产生直接的影响。
软件工作的第一部分是对已经投入运行的MDC事例重建软件的控制参数利用实际实验数据进行优化和调整,经过大量实验数据的运行查找程序的问题和不足。在详细研究了实际数据的特征和性能的基础上对程序进行了很多的调整、修改和算法的改进,使MDC事例重建软件顺利完成了2009年-2011年底的1.06亿ψ’事例,2.25亿J/ψ事例,1000万ψ(3770)和数十亿模拟数据的重建,数据质量达到了设计指标、基本满足了物理分析的要求。
软件工作的第二部分是Runge-Kutta拟合方法的移植,通过几年的数据处理发现正在运行的Kalman Fit算法的失败率较高,尤其是对低动量径迹和端盖部分的径迹拟合质量比较差,以及该方法在径迹去坏点和刻度时丝位校准的困难等原因,决定使用Runge-Kutta方法对MDC径迹作进一步的径迹拟合。本文详细介绍了Runge-Kutta方法的原理、算法结构、程序实现和测试结果。该算法的成功运行大大改善了MDC事例重建软件的质量,事例顶点位置分辨有较大提高,动量分辨和空间分辨也有相应改善。该方法的改进与其它部分改进一起使原来的拟合失败率降低了50%以上,通过典型物理样本的检查发现事例选择效率平均每条带电径迹提高了1%以上。
论文的物理分析工作是对J/ψ→γηη的分析。量子色动力学是描述强相互作用的基本理论。目前自然界己发现的强子均由两个或三个夸克组成,而量子色动力学理论允许胶球,混杂态和多夸克态等新型强子的存在。因此,实验上寻找和研究新型强子,一直是高能物理实验的最重要物理目标之一。J/ψ辐射衰变被公认是寻找胶球的理想场所。我们利用BES III上采集的2.252×108J/ψ事例样本,采用分波分析方法,对J/ψ→γηη的衰变过程进行了详细的研究。论文详细介绍了分波法的分析过程和结果,在ηη谱上观测到了f0(1500),f0(1710),f0(2100),f2(1525),f2(1810)和f2(2340)六个共振态,对它们的质量,宽度进行了测量,并首次测量了各个共振态在辐射衰变中衰变到ηη的分支比。并详细的分析了各项系统误差。该工作已经完成论文编写,即将发表在PRD(Physical Review D)杂志上。