论文开题报告
研究生姓名 : 焦健斌
论文题目 : 粲夸克偶素物理强衰变过程的实验研究
专业 : 粒子物理
导师 : 张学尧
所在单位 : 山东大学物理与微电子学院

2003年10月16日
粲夸克偶素物理强衰变过程的实验研究
焦健斌
October 16, 2003
Abstract
本论文将利用北京谱仪(BES)所获取的世界上最大的ψ(2s)事例样本(14百万)对ψ(2s)的某些强衰变过程进行精确的测量,为QCD理论的检验提供可靠的实验依据
粲夸克偶素研究的历史
粒子物理的基本理论是标准模型,他的描述弱电作用的理论与试验惊人的一致,而描述强作用的理论----量子色动力学(QCD)则相对的不完善.2~5GeV能区设计的相互作用正是微扰QCD和非微扰QCD的过渡区域,这一能区的实验研究具有其它能区无法替代的作用.
早在六十年代,人们察觉到有些奇异数s改变和不改变的半轻子衰变过程Gv~ 0.98,与严格的理论预言Gv= 1有明显的差别.为了解释这一结果,Cabbibo引入夸克混合概念,认为参与相互作用的不是其质量本征态,而是质量本征态的混合,即d'= dcosθc +s sinθc和s'= -d sinθc +s cosθc参与相互作用,Cabbibo角sinθc ~0.23.1964年,Bjorken和Glashow为了将强子的八重态结构扩展到更大的对称群,首次引入了粲夸克的概念
1974年,粲夸克偶素的1- -基态J/ψ,分别由美国的MIT----BNL实验组在AGS加速器上利用高能质子打击铍靶和SLAC----LBL实验组在SPEAR正负电子对撞机上MARK I探测器,几乎同时发现了,随后在ADONE加速器上得到证实,这被称为粒子物理学的"十一月革命".不久,又在SPEAR上发现了ψ(2s)粒子.这些粲夸克偶素具有令人吃惊的性质就是他们的宽度都很窄,只有几十至几百个KeV,引起了极大的关注.后来的分析表明,他们是由正反粲夸克组成的粲夸克偶素,从而证实了由Bjorken和Glashow于1964年提出的粲夸克"charm"的假设,以及Gaillard和Lee关于粲夸克的质量在1~2GeV之间的推断.
粲偶素物理强衰变过程遇到的问题
在粲夸克偶素家族中J/ψ为总内禀自旋为1,轨道角动量为0的基态,表示为13S1而ψ(2s)为J/ψ的径向激发态23S1.虽然粲偶素发现至今已经有二十多年的历史,但是人们对于粲夸克的认识仍未能达到完美的程度,而其中一个困扰着中外学者的问题就是:粲夸克偶素强衰变之谜!即ψ到VP(Vector-Pesudoscalar)轻强子的衰变过程被压低.最早发现这一现象的是美国SPEAR对撞机上的MARK II实验组,在比较J/ψ和ψ(2s)的衰变道分支比的测量结果时发现当末态为, 22, , 33强子衰变道时,均符合微扰QCD理论:
预期的测量结果;但是在和衰变过程中实验值的上限仅为:
研究的目的和意义
对于这一实验现象已有多个理论模型进行解释,但均不能给出满意的结果.本论文的目的是利用BES所获取的世界最高统计量的实验数据对已发现的反常压低衰变道进行更为精确的测量,同时还将研究ψ(2s)到矢量----张量末态的衰变,以寻找更多的反常压低过程.并希望通过对这一现象的研究分析找出ψ(2s)强衰变反常压低现象的物理机制.
实验现状
BES合作组在广泛研究了ψ(2s)的许多新的二体衰变道之后,发现当末态为矢量----张量介子组合的衰变道ωf2和a2p时有明显的压制现象,从而突破了多年来认为粲夸克偶素强衰变之谜局限于末态为矢量----赝标量组合的情况,对原先的理论提出了新的挑战.
研究计划
广泛调研有关ψ(2s)相关文章,了解前人在这一领域已取得的进展,为今后的工作打下坚实的理论基础;(2003年11月至2003年12月)
熟悉BES的软件环境和工作方式,深入了解HBOOK,PAW等物理分析软件;(2003年12月至2004年1月)
针对BES上积累的大量ψ(2s)数据进行分析,找出所需衰变道的事例,并反复尝试,以求排除任何可能造成的干扰,使结果做到真实有效;(2004年1月至2004年11月)
针对不同的衰变道编写分析软件对挑选出的事例进行分析,过滤掉本底,去除系统误差,统计误差可能造成的影响,结合相应的理论,得到自己的结论;(2004年11月至2005年11月)

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