赝标量介子衰变到双光子的研究

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赝标量介子到双光子衰变,是检验量子色动力学(QCD)的理想过程。π0,η和η属于SU(3)赝标量介子九重态,都可以衰变到双光子。通常,η和η被认为是SU(3)单态和八重态的混合,即:η=η8cosθP-η1sinθP,η=η8cosθP+η1sinθP,  其中,θP是赝标量介子的混合角。通过测量Br(J/ψ→γη)/Br(J/ψ→γη),可以计算η-η的混合角。  而在手征微扰理论中,赝标量介子单态是作为一个附加自由度出现的。在已观测到的π0→γγ中,其寿命远低于预期值(lifetime=8.4×10-17s)。但是传统的PCAC等理论,计算得到的结果,其寿命要远高于实验值。人们发展了一个叫做”三角反常”的机制,能够有效的解决这一问题。π0,η和η的双光子衰变的研究可为验证、发展三角反常机制提供更加精确的实验依据。  《粒子数据手册》(2014)中认为η(1440)包含两个共振结构,即η(1405)和η(1475),然而夸克模型预言的赝标量介子谱在该位置只有一个态。通常,它们当中一个被认为是介子,而另一个被认为是胶球的有力候选者之一。双光子衰变是验证一个粒子是否是胶球的一个重要判据。X(1835)被认为是胶球的候选者或者是重子偶素的多夸克态,该共振态的双光子衰变同样是判断其结构的重要判据之一。另外,η(1405)、η(1475)、η(1760)和X(1835)的双光子衰变分宽度是Vector Meson Dominance(VMD)的重要的输入参数,对VMD模型的研究有着重要的意义。  本文利用BES-Ⅲ于2009年和2012年期间取得的共约4.52×108ψ事例样本,通过ψ→π+π-J/ψ衰变,详细研究了J/ψ→γP,P→γγ[P=π0,η,η,η(1405),η(1475),η(1760),X(1835)]的双光子衰变过程。精确测量了J/ψ→γπ0(η,η)的分支比,分别为Br(J/ψ→γπ0)=(3.47±0.12(stat.)±0.21(syst.))×10-5,Br(J/ψ→γη)=(1.08±0.01(stat.)±0.06(syst.))×10-3,Br(J/ψ→γη)=(5.51±0.10(stat.)±0.39(syst.))×10-3,并计算得到η-η的混合角θP=(-21.77±0.44(stat.)±1.96(syst.))°。由于在双光子不变质量谱上我们没有观测到明显的η(1405),η(1475),η(1760)和X(1835)信号,因此我们给出了J/ψ→γη(1405)(η(1475),η(1760),X(1835))→γγγ在90%的置信度下的分支比上限,分别为Br(J/ψ→γη(1405)→3γ)<2.86×10-6,Br(J/ψ→γη(1475)→3γ)<2.40×10-6, Br(J/ψ→γη(1760)→3γ)<7.88×10-6,Br(J/ψ→γX(1835)→3γ)<3.81×10-6。  本文给出的J/ψ→γπ0(η,η)分支比测量值与CLEO实验组的测量值是一致的,并且得益于大统计量样本,本工作提高了上述分支比测量的精度。
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