北京谱仪Ⅲ实验上e+e-→ηJ/ψ截面的测量和J/ψ→η'K(K-)π的研究

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在粒子物理学领域,为进一步了解和完善描述强相互作用的量子色动力学理论(QCD),人们一直都致力于研究强子的物质结构和寻找新的强子态。除了常规的由正反两个夸克组成的分子和三个夸克组成的重子外,QCD理论还预言了胶子球、混杂态和多夸克态的存在。粲夸克偶素能区是研究这些新型强子态的理想场所。  近年来,人们在D(D)阈值以上观测到了许多薪的类粲夸克偶素共振态(也称为X、Y、Z粒子),如X(3872)、X(3823)、Y(4260)、Y(4360)、Y(4660)、Zc(3900)±/0、Zc(4020)±/0等。寻找和测量这些类粲夸克偶素的新的衰变模式,将为理解它们的本质提供重要的实验信息。本文利用BESⅢ探测器在质心系能量√s=3.810和4.600 GeV之间所采集的17个能量点的实验数据来研究强子跃迁过程e+e-→ηJ/ψ和e+e-→π0J/ψ。我们精确测量了e+e-→ηJ/ψ在每个能量的产生截面,并检查其随质心系能量的变化趋势,发现在4.200 GeV附近有很明显的产生截面增强现象,与Belle实验组的结果相一致。此信号来自于e+e-→ψ(4160)→ηJ/ψ这种强子跃迂过程。对于e+e-→Y(4260)→ηJ/ψ和e+e-→Y(4360)→ηJ/ψ这两个过程,没有明显的信号被观测到;此结果表明Y(4260)和Y(4360)两个类粲夸克偶素态不具备常规的粲夸克偶素激发态通过辐射出一个η粒子而强子跃迁到粲夸克偶素基态J/ψ的这种性质。本分析中,没有观测到显著的同位旋旋破缺过程e+e-→π0J/ψ的信号;在90%置信水平下,我们估算了每个能量点的e+e-→π0J/ψ产生截面的上限值。  对于轴矢量(JPC=1+-)奇异夸克偶素候选者h1(1380),实验上还需要进一步确认它的存在以及精确测量其共振参数。利用BESⅢ探测器在J/ψ共振峰上所采集的(1310.6±7)兆的世界上最大的实验数据样本,通过研究J/ψ→ηK+K-π0和J/ψ→ηK0K±π干过程,我们在M(K+K-π0)和M(K0SK±π干)不变质量谱上1420 MeV/c2的位置均观测到一个很明显的共振态。采用S-波相对论Breit-Wigner函数来拟合这个粒子,得到其质量中心值为M=(1422±2±21)MeV/c2,宽度为Γ=(88±9±24) MeV,相应的信号统计显著性大于10σ。考虑到这个粒子的质量位置、主要衰变到K*(892)(K)末态、相关的自旋宇称守恒定律、以及J/ψ→ηX(1420)过程中η的角分布,我们认为这个粒子为奇异夸克偶素h1(1380)。此分析中,我们也计算了h1(1380)产生和衰变的联合分支比:通过ηK+K-π0模式,B(J/ψ→ηh1(1380))×B(h1(1380)→K*(892)+K-+c.c.)=(1.53±0.09±0.19)×10-4;透过ηK0SK±π干模式,B(J/ψ→ηh1(1380))×B(h1(1380)→K*(892)(K)+c.c.)=(2.18±0.13±0.28)×10-4。我们观测到在B(h1(1380)→K*(892)(K)+c.c.)的中性道衰变过程与带电道衰变过程中,存在着显著的同位旋破缺现象,即B(h1(1380)→K*(892)+K-+c.c.)不等于B(h1(1380)→K*(892)0(K)0+c.c.)。引起这种同位旋破缺的主要原因应该在于中性K0/(K)0介子与带电K±介子的质量差别,以及中性K*(892)0/(K)*(892)0介子与带电K*(892)±介子的质量差别。同样的,我们也给出了兰体过程的分支比测量结果:通过ηK+K-π0模式,B(J/ψ→ηK*(892)+K-+ c.c.)=(1.44±0.02±0.17)×10-3;通过η KsK±π干模式,B(J/ψ→ηK*(892)+K-+c.c.)=(1.49±0.02±0.17)×10-3,B(J/ψ→ηK*(892)0(K)0+c.c.)=(1.55±0.02±0.17)×10-3。这里的所有测量结果中,第一项误差为统计误差,第二项为系统误差。
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