BESIII上伴随轻标量介子产生的同位旋破缺过程的寻找

Light hadron spectroscopy, which is regarded as the major platform for probing many aspects of strong interactions in the non-perturbative region, has been one of the hot topics in particle physics. The BESIII detector has accumulated many large-data samples of J/ψ, ψ(3686) and above 4.0GeV, which provides unprecedented opportunities for studying the light hadron spectroscopy. This proposal suggests to search for isospin-violating processes with the production of light scalars using the data samples accumulated at BESIII, and provide more experimental evidence to understand the related isospin-violating mechanism. The research subjects include: (1) search for the isospin-violating process J/ψ→ωa0(980) →ωηπ0 in J/ψ decays; (2) search for isospin-violating processes with the production of a0(980) or f0(980) in ψ(3686) hadronic decays; (3) using the data sets above 4.0GeV, search for isospin-violating processes with the production of a0(980) or f0(980) on the one hand, and measure the Born cross sections of the related processes with the light scalar final sates on the other hand to search for possible charmonium(-like) states.

轻强子谱作为检验强相互作用在非微扰能区各种性质的主要平台，一直是粒子物理研究的热点之一。BESIII实验在J/ψ，ψ(3686)和4.0GeV以上积累了大量的实验数据样本，为轻强子谱的研究提供了前所未有的机会。本项目利用BESIII积累的实验数据，寻找伴随有轻标量介子产生的同位旋破缺的过程，为理解这些同位旋破缺的物理机制提供更多的实验信息。具体的研究课题包括：(1)在J/ψ衰变中寻找J/ψ→ωa0(980) →ωηπ0这一同位旋衰变的过程；(2)在ψ(3686)的强衰变中寻找伴随有a0(980)或f0(980)产生的同位旋破缺的过程；(3)利用4.0GeV以上的实验数据，一方面寻找含有a0(980)或f0(980)的同位旋破缺的过程，另一方面测量含有轻标量介子末态过程的玻恩截面，寻找(类)粲偶素。

本项目基于我国BESIII高能物理实验采集的大统计量的J/ψ和ψ(3686)数据，寻找伴随有轻标量介子，特别是标量介子a^0_0(980)和f_0(980)，产生的同位旋破缺的过程，同时基于4.0 GeV以上的对撞扫描数据，一方面寻找含有轻标量介子的同位旋破缺的过程，另一方面测量e^+e^-对撞中伴随这些轻标量介子产生过程的玻恩截面。我们利用多个同位旋破缺的衰变道，首次观测到了标量介子a^0_0(980)和f_0(980)之间的混合，并且混合信号的显著性超过了5倍的标准偏差，为理解这两个标量介子的结构和性质提供了坚实的实验证据；并基于3.773GeV-4.600GeV的扫描数据分析了e^+e^- →p K_S^0 nbar K^- + c.c.的散射过程，探讨了相关的中间共振态及其玻恩截面。我们还基于ψ(3686)的数据进行了拓展研究，分析了χ_cJ(J=0,1,2)的多个三体衰变过程，进而寻找可能的重子激发态，为将来在BESIII实验采集更大统计量的ψ(3686)的数据来详细研究重子激发态提供了初步的实验依据。在本项目的资助下，以BESIII合作组名义共发表3篇SCI期刊论文，包括1篇Physical Review Letters (“编辑推荐”)，2篇Physical Review D；参加2次国际学术会议，发表2篇国际学术会议论文；并参加多次国内相关学术会议并做报告。