基于能量扫描方法的粲偶素衰变特性的研究

Precise measurement of charmonium decay branching fractions and cross section spectra of exclusive final states at low energy region are hot topics in HEP field. Experimental results show that the decays for most of the well-known charmonium are unsaturated, which will hamper the understanding the charmonium production and decay properties. In this proposal, we will make use of the energy scan data collected with the BESIII detector to precisely measure the observed cross sections for inclusive and exclusive charmonium decays. By fitting to the observed cross section spectra, we can obtain the branching fractions and phase angles of interference between QED and QCD processes. Branching fractions of exclusive process will provide information to search for new decays and to study continuum quark production mechanism. Precise measurement of exclusive final states without bias can not only be used to test the former measurements, but also be used in theoretical studies of charmonium properties. We will experimentally study the inclusive and exclsive decays of charmonium states based on the high statistical energy scan data in this proposal, hoping to obtain more information of the nature of charmonium and its decays.

偶素衰变分支比的精确测量和低能区遍举末态截面谱的测量是目前粒子物理实验领域的研究热点之一。实验数据表明已知的主要粲偶素粒子尚有较大部分的衰变方式仍未被被观测到，这对于理解粲偶素的产生和衰变特性是不利的。本项研究将利用BESIII采集的大样本能量扫描数据对粲偶素的单举和遍举衰变过程进行精确测量，通过拟合这些过程的观测截面随质心系能量变化的谱形，得到分支比和干涉相角等重要信息。单举过程的分支比将为寻找可能存在而未被发现的衰变末态提供信息，还将为研究连续区的夸克产生机制提供实验参考；而精确无偏地测定遍举过程分支比可以从另一个角度检验已有的实验结果，最终为理论上研究粲偶素粒子的特性提供实验依据。本项研究中，我们将基于BESIII 实验采集的大统计量扫描样本，利用扫描方法对若干单举和遍举过程的观测截面谱形进行研究，以期获得粲偶素本性及衰变特性方面的更精确信息。

偶素衰变分支比和低能区遍举过程截面谱的测量是目前粒子物理实验领域的热点问题之一。已知的主要粲偶素粒子尚有较大部分的衰变方式未被观测到，这对于理解粲偶素的产生和衰变特性是不利的。.本项目中，我们利用BESIII的扫描数据，研究了粲偶素的单举和遍举衰变，得到了随质心能量变化的观测截面谱，进而拟合得到了衰变分支比等重要信息。其中，(1) J/ψ→inclusive Λ/Λ-bar的单举工作进展较快，已经在BESIII物理软件会上汇报并回答过3轮问题，即将进入memo阶段；(2) e+e- → pK-Λ-bar, ω/ηπ+π-的遍举工作进展稍落后，但也已基本完成，预计2019年进入memo阶段；(3)为了探究pΛ-bar近阈结构的本性及其可能量子数，我们利用BESIII在3.097 GeV处采集的海量实验数据，对e+e- → pK-Λ-bar过程做了分波分析，该工作刚开始，相对还比较初步；(4)另外，为寻找pΛ-bar近阈结构的同位旋对称态，我们首次观测到了ChicJ → nK0Λ-bar过程，并在nΛ-bar阈附近也看到了类似结构，此工作已比较成熟，预计2019年进入memo阶段；(5)应用扫描方法测量J/ψ共振参数并进行轻子普适性检验的工作在BESIII的EB review阶段，之后将投往PRD，预计2019年发表。.除以上主体工作外，我们还开展了以下工作(1) ChicJ →ηη’, η’η’分支比的测量; (2) ChicJ→K0K0K0K0的首次观测; (3) D → P’P分支比的测量; (4) 重子数破坏衰变J/ψ → e-Λc+过程的寻找; (5)稀有衰变J/ψ → e+e- phi过程的寻找; (6) D→inclusive phi分支比的测量; (7) 2.2324 to 3.6710 GeV之间R值的测量; (8) 在J/ψ → pK-Λ-bar衰变中寻找ΛΛ-bar震荡。其中，(1)已经发表于PRD96, 112006(2017); (2)刚刚结束EB review，将于2周后投往PRD，预计2019年发表; (3)已经发表在PRD97, 072004(2018); (4)已投往PRL, 将于2019年发表在PRL或PRD; (5)正在EB review, 即将投往PRD, 预计2019年发表, (6)(7)(8)还在memo阶段。