在BESIII上对基态粲介子对共振态的研究

Study of hardon structure is an important topic of high energy physics research. Physicists are keeping searching for new particles becides the normal hadrons. Many charmonium and charmoniumlike states were discovered at the B-factories, LHCb and BESIII. Most of these states have exotic properties. This may indicate that exotic states, such as multi-quark state, molecule, hybrid have been observed. However, it is very hard to conclude which one is exotic based on the limited experimental information available, and the fact that some of these structures may be produced by some dynamics which are hard to calculate theoretically such as final state rescattering. BESIII experiment at the BEPCII e+e- collider is a unique experiment with the highest luminosity for charmonium physics study, which provides us a great opportunity to choose more processes to search for possible exotic states. BESIII has already accumulated large data samples between 3.8 and 4.6 GeV with high integrated luminosity. It is now accumulating larger data samples in the same energy range with higher statistics. It is an important and interestng subject to study the resonant states and search for new structures through pair of ground state of charmed mesons in e+e- ->gamma DDbar or DDbar pi channels with all of these data samples. The subject will deepen our understanding of charmonium and charmoniumlike states, widen our cognition of hadron structure, validate physical model, and promote the develepment of particle physics theory.

强子结构是高能物理的一个重要研究领域，人们一直在寻找除常规强子外的新粒子。B工厂、LHCb和BESIII实验发现了大量粲偶素和类粲偶素粒子。它们中很可能存在分子态、多夸克态、混杂态等奇特态粒子，但目前的实验尚不足以给出明确的结论。北京正负电子对撞机BEPCII上的北京谱仪BESIII实验是目前在粲偶素能区运行的亮度最高的正负电子对撞实验，已经在3.8-4.6GeV能量区域采集了大量数据并正继续在该能区采集更高亮度的数据。利用这些大统计量数据，我们可以通过更多产生和衰变模式寻找可能存在的奇特态粒子。通过e+e- ->gamma DDbar和DDbar pi过程研究基态粲介子对形成的共振态，寻找其中可能的奇特态结构正是一个值得深入研究的课题。对它的研究将帮助我们更加深入地理解粲偶素和类粲偶素，拓展对强子结构的认知，检验模型，促进理论的完善和发展；同时还可能发现新的物理现象和物理规律。

奇特态粒子的实验和理论研究是当前强子物理的热点之一。B工厂、LHCb和BESIII实验陆续发现了许多XYZ粒子，它们可能是分子态、多夸克态或混杂态等形式的奇特态，在理论上可以用不同的模型来解释。对这些粒子性质的理解可以拓展我们对强子结构的认知，检验模型，促进理论的完善和发展；同时还可能发现新的物理现象和物理规律。本项目计划基于BESIII实验在4.0-4.6GeV能量区域采集的高统计量的正负电子对撞事例，通过e+e- -> gamma DDbar和DDbar pi过程研究基态粲介子对形成的共振态，寻找其中可能的奇特态结构，扩展已有的粲偶素和类粲偶素实验研究，帮助我们更加深入地理解粲偶素和类粲偶素。在研究计划的实际执行中，我们在基态粲介子对的计划研究基础上，又增加了带电奇异粲介子对Ds*Ds*的研究内容。在基态粲介子对的研究中，我们从实验与理论两方面出发。实验方面，我们按照计划通过研究包含中性和带电基态粲介子对的辐射跃迁及三体衰变过程，寻找DDbar中可能的共振结构。虽然最终的实验结果尚未正式发表，但相关文稿已经形成，计划提交合作组审核。理论方面，我们与理论专家合作，通过模型研究在理论上可能存在的基态粲介子对共振态，探寻在实验上可行的测量方法；此外，我们还对已正式发表的含粲介子的共振态的实验结果给出理论解释，相关成果已经正式发表或已发布在预印本上。在带电奇异粲介子对Ds*Ds*的研究中，我们专注于从阈值到4.6GeV该过程产生截面的测量，相应的结果已经提交合作组审核，预期不久即可正式投稿。在Ds*Ds*截面的测量过程中，我们发展了一种新的迭代加权方法计算初态辐射修正，这种方法可以广泛应用在正负电子湮灭到强子过程的截面测量中。相应的研究方法已经单独成文，发布在预印本上并已投递到NIMA期刊。