本文關鍵詞：BESⅢ上質(zhì)子形狀因子與重子對產(chǎn)生截面的測量

  更多相關文章： 質(zhì)子 ∧ 玻恩截面 形狀因子 閾值 J/ψ 分支比

【摘要】：核子作為物質(zhì)的基本組成單元,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究是粒子物理的重要課題之一。理論上,點狀質(zhì)子和中子的磁矩分別為一個核磁子(μN)和0。實驗上測量的核子具有反常磁矩,μp=2.79μN,μn=-1.91μN,暗示著核子具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在電子-質(zhì)子彈性散射實驗中,測量的散射微分截面與類點粒子散射公式偏離,進一步驗證了核子的非點狀結(jié)構(gòu),并由此引入質(zhì)子形狀因子的概念。質(zhì)子形狀因子是包含有量子色動力學(QCD)基本參數(shù)的唯象公式,它不僅可以描述質(zhì)子內(nèi)部電荷和電流的空間分布,也能夠?qū)赒CD的微擾及非微擾理論進行嚴格的測試。質(zhì)子形狀因子的測量分為類空空間(四動量轉(zhuǎn)移為負)和類時空間(四動量轉(zhuǎn)移為正)測量,實驗上對類時空間質(zhì)子形狀因子的測量可以追溯到上個世紀六十年代。雖然已有大量的實驗結(jié)果,但是人們對質(zhì)子形狀因子隨能量的分布仍存在不少疑問,例如分布譜上出現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)、閾值特殊效應、以及電磁形狀因子的比值等。對于中子及其他重子的形狀因子,實驗結(jié)果很少并且精度均不高。因此實驗上仍需要對重子的形狀因子進行系統(tǒng)化的研究和精確測量。 北京正負電子對撞機(BEPCII)采用雙儲存環(huán)設計,是一臺高亮度,多束團的對撞機,工作于τ-粲能區(qū)(2.0-4.6GeV),在優(yōu)化質(zhì)心能量3770MeV下的設計亮度為1.0×1033cm-2s-1。北京譜儀(BESIII)是BEPCII上唯一的探測器。本文利用BESIII在連續(xù)能區(qū)取得的14個能量點的數(shù)據(jù),研究了質(zhì)心能量從2232.4MeV至3671.0MeV,正負電子對湮滅到質(zhì)子反質(zhì)子對的過程。質(zhì)子反質(zhì)子由dE/dx及TOF信息進行鑒別,通過對兩條徑跡的動量及夾角的限制,得到了非常純凈的信號樣本,進而得到e+e-→pp的玻恩截面。結(jié)果與之前實驗結(jié)果相符,并把精度提高近30%。假設電磁形狀因子相等|GE|=|GM|,我們得到類時空間上質(zhì)子的有效形狀因子。此外,我們還利用積分亮度相對高的三個數(shù)據(jù)樣本((?)s=2232.4,2400MeV及聯(lián)合數(shù)據(jù)樣本3050.0,3060.0和3080.0MeV),通過擬合質(zhì)子在質(zhì)心系中的角分布,測量了電磁形狀因子之比(|GE/GM|),測量結(jié)果均接近于1,誤差主要由統(tǒng)計量限制,在25%至50%之間。實驗結(jié)果說明在誤差范圍內(nèi),電磁形狀因子相等的假設在能區(qū)2.2-3.0GeV內(nèi)可以認為成立。并且通過模擬研究發(fā)現(xiàn),如果能夠提高統(tǒng)計量,|GE/GM|勺精度將會顯著提高。 除了測量質(zhì)子的形狀因子,我們還研究了正負電子對湮滅到AΛ的過程,并由此測量其近閾產(chǎn)生截面及Λ的有效形狀因子。利用BESIII在高于Λ滅產(chǎn)生閾1MeV((?)s=2232.4MeV)取得的數(shù)據(jù),我們測量了e+e-→∧∧的玻恩截面。實驗從兩個方面進行重建ΛΛ,i)重建Λ/Λ帶電衰變(∧/∧→pπ-/pπ+),由于末態(tài)粒子動量很小,pion粒子在MDC內(nèi)打圈,而質(zhì)子反質(zhì)子徑跡不能夠在MDC中重建,我們利用反質(zhì)子與束流管作用出次級粒子的特性來重建信號；ii)重建Λ中性衰變(Λ→nπ0),利用反中子在EMC中信息,通過多變量分析研究信號與本底的區(qū)別,由于Λ幾乎靜止,我們最終通過擬合中性pion的動量譜得到信號。兩種方法得出的結(jié)果一致,加權(quán)平均值為319.5土57.6pb。這是在產(chǎn)生閾附近的首次測量,該實驗結(jié)果與理論預言有很大的差異。在閾值附近,中性重子對相空間因子接近于零,因此相應的截面也應該接近于零。非零的截面說明除了相空間之外,還應該存在其他的閾值效應。另外,利用在其他能量點的數(shù)據(jù)我們通過重建測量了e+e-→∧∧的玻恩截面及有效形狀因子,結(jié)果與之前BaBar實驗符合,截面誤差范圍在20.9%至33.3%之間,誤差也主要受統(tǒng)計量限制。而且由于沒有足夠統(tǒng)計量測量Λ電磁形狀因子之比,A角動量的不確定性成為最主要的一項系統(tǒng)誤差。 在低能區(qū)域,由于強相互作用跑動耦合常數(shù)αs和夸克膠子禁閉,微擾QCD理論不再適用。因此,各種非微擾QCD理論如格點量子色動力學(LQCD),手征微擾理論(ChPT)等對低能區(qū)的強相互作用提供一定精度的理論預言。BEPCII工作能區(qū)介于微擾與非微擾能區(qū)之間,通過BESIII上積累的大量數(shù)據(jù),可以精確測量一些基本參數(shù)與QCD計算比較,對各類理論模型和預言進行檢驗。本文中,我們利用BESIII上取的225M J/Ψ數(shù)據(jù),首次觀測到J/φ→ppa0(980),a0(980)→π0η過程并測得其分支比為(6.8士1.2土1.3)×10-5,信號統(tǒng)計顯著性為6.5σ。實驗結(jié)果提供了介子a0(980)耦合質(zhì)子反質(zhì)子對在閾值產(chǎn)生的信息,并且對ChPT勺理論預言進行定量的比較。ChPT預言了J/ψ四體衰變過程J/φ→ppπ0η的產(chǎn)生振幅,a0(980)由π0η的相互作用產(chǎn)生,通過與實驗的測量結(jié)果進行比較,可以對ChPT計算介子-介子振幅的未知參數(shù)提供實驗輸入值。
【關鍵詞】：質(zhì)子 ∧ 玻恩截面 形狀因子 閾值 J/ψ 分支比
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O572.2
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-11
• 目錄11-14
• List of Tables14-17
• List of Figures17-24
• Chapter 1 Introduction24-52
• 1.1 Standard Model and Quantum Chromodynamics24-33
• 1.1.1 Standard Model24-28
• 1.1.2 Quantum Chromodynamics28-32
• 1.1.3 Experimental Tests of QCD32-33
• 1.2 Nucleon Electromagnetic Form Factors33-48
• 1.2.1 Introduce of Proton FFs34-36
• 1.2.2 Proton FFs in Space-like Region36-37
• 1.2.3 Proton FFs in Time-like Region37-44
• 1.2.4 Nucleon FFs:Theory and Phenomenology44-46
• 1.2.5 The NN Production Threshold46-48
• 1.3 The Structure of the Dissertation48
• Bibliography48-52
• Chapter 2 BEPCII and BESIII52-62
• 2.1 BEPCII52-53
• 2.2 BESIII53-58
• 2.3 Trigger and BESIII Offline Software58-62
• Chapter 3 Measurement of the Proton Form Factor by Studying e~+e~-→pp atBESIII62-90
• 3.1 Analysis Strategy64-69
• 3.1.1 Event Selection64-66
• 3.1.2 Background Analysis66-69
• 3.2 Extraction of the Born Cross Section of e~+e~-→pp and the Effective FF69-79
• 3.2.1 Born Cross Section and Effective FF69-73
• 3.2.2 Systematic Uncertainty on σ_(Born)73-79
• 3.3 Extraction of the Electromagnetic |G_E/G_M| Ratio79-86
• 3.3.1 Fitting on cos θ_p79-80
• 3.3.2 Systematic Uncertainty on |G_E/G_M| Ratio80-83
• 3.3.3 Method of Moment83-86
• 3.4 Conclusion86-87
• Bibliography87-90
• Chapter 4 Cross Section Measurement of e~+e~-→∧∧ Near Threshold and atHigher Energies90-128
• 4.1 Measurement of e~+e~-→∧∧ Near Threshold91-118
• 4.1.1 Reconstruction of ∧→pπ~-,∧→pπ~+91-101
• 4.1.2 Reconstruction of ∧→nπ~0101-116
• 4.1.3 Combined Result116-118
• 4.2 Measurement of e~+e~-→∧∧ at 2400.0.2800.0 and 3080.0 MeV118-125
• 4.2.1 Event Selection118-120
• 4.2.2 Background Analysis120-121
• 4.2.3 Calculation of Born Cross Section and Effective FF121-122
• 4.2.4 Systematic Uncertainty122-125
• 4.3 Conclusion and Discussion125-126
• Bibliography126-128
• Chapter 5 Observation of J/φ→ppa_0(980)128-152
• 5.1 Analysis Strategy129-144
• 5.1.1 Event Selection129-133
• 5.1.2 Background Analysis133-136
• 5.1.3 Fitting on M_(πoη)136-139
• 5.1.4 Input/Output Check139
• 5.1.5 Feynman Diagram Calculation Analysis139-144
• 5.2 Systematic Uncertainty144-148
• 5.3 Conclusion and Discussion148-149
• Bibliography149-152
• Chapter 6 Summary and Prospect152-156
• Appendix A Preliminary study of e~+e_-→∧_c~+∧_c~- Near Production Threshold156-168
• A.1 Analysis Strategy157-158
• A.1.1 Event Selection157-158
• A.1.2 Background Analysis158
• A.2 Cross Section Measurement158-161
• A.3 Systematic Uncertainty161-164
• A.4 Discussion of the Results164-166
• A.4.1 Extraction of |G_E/G_M| Ratio164-165
• A.4.2 Fit the Born Cross Section Line-shape165-166
• A.5 Conclusion166-167
• Bibliography167-168
• Appendix B Preliminary Study of e~+e~-→nn168-174
• B.1 Preliminary Event Selection168-172
• B.2 Discussion172-173
• Bibliography173-174
• 致謝174-176
• 在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的研究成果176-17

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 麥迪娜;M.N.Achasov;O.Albayrak;D.J.Ambrose;安芬芬;安琪;白景芝;R.Baldini Ferroli;班勇;J.Becker;J.V.Bennett;M.Bertani;邊漸鳴;E.Boger;O.Bondarenko;I.Boyko;S.Braun;R.A.Briere;V.Bytev;蔡浩;蔡嘯;O.Cakir;A.Calcaterra;曹國富;S.A.Cetin;常勁帆;G.Chelkov;陳剛;陳和生;陳江川;陳瑪麗;陳申見;陳旭榮;陳元柏;程和平;初元萍;D.Cronin-Hennessy;代洪亮;代建平;D.Dedovich;鄧子艷;A.Denig;I.Denysenko;M.Destefanis;丁偉民;丁勇;董燎原;董明義;杜書先;方建;房雙世;L.Fava;封常青;P.Friedel;傅成棟;傅金林;O.Fuks;高原寧;耿聰;K.Goetzen;龔文煊;W.Gradl;M.Greco;顧e，

本文編號：946914