BESⅢ实验D介子半轻衰变中对a0(980)的寻找及D0辐射衰变分支比的测量

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论文主要介绍了两个研究工作,一是利用BESIII的数据进行了D0→a0(980)-e+Ve和D+→ a0(980)0e+Ve两个半轻衰变过程的寻找,二是对D0的辐射衰变过程D0→ γK*0和D0 → γΦ分支比进行了测量。对于质量在1 GeV/c2以下的轻标量介子的分类是粒子物理学界长期以来的难题,其独特的性质表明其可能不是传统结构的介子,对其内在组成一直存在着多种假设,包括传统的qq组成、四夸克组成、介子-介子束缚态、轻标量胶子球等,还包括多种态的混合。半轻衰变过程具有较为简单的衰变机制和末态相互作用,是用来研究轻标量介子结构的理想环境。由于数据量和高本底等问题的限制,在此前的实验中,一直没有D0(+)半轻衰变到轻标量介子的报道。BESⅢ合作组在2010年和2011年于质心能量3.773 GeV处采集了总积分亮度为2.93fb-1的数据,是迄今为止在该能量点最大统计量的数据,是研究D介子衰变的理想样本。利用这些数据和D介子标记的方法,本论文在D介子半轻衰变过程中对轻标量介子中的同位旋三重态a0(980)进行了寻找,并测得其分支比为:B(D0→a0(980)-e+ve)× B(a0(980)-→ηπ-)=(1.33+0.33-0.29 ± 0.09)× 10-4 B(D+ → a0(980)0e+ve)× B(a0(980)0 → ηπ-)=(1.66+0.81-0.66± 0.11)× 10-4误差中第一项为统计误差,第二项为系统误差。由于a0(980)→ηπ的分支比在现有的实验结果并没有很好的得到测量,本分析测得的结果中包含了该次级衰变分支比。该测量为首次观测到这两个衰变模式,D0和D+衰变过程的信号显著性分别为6.4和2.9倍标准偏差(σ),考虑到较低的显著性,本分析同时还测得了在90%置信度下D+信号过程分支比的上限为:B(D+ → a0(980)0e+ve)× B(a0(980)0 →ηπ0)<3.0 × 10-4 @90%C.L.本分析结果有效提供了a0(980)内在结构中u、d夸克及其电荷共轭组成的qq成分的贡献,结合相关的理论模型和其他实验的测量结果,对轻标量介子本质为传统qq态还是四夸克态等的分类具有非常重要的意义。论文的第二部分分析内容为D介子辐射衰变分支比的测量。在粲介子衰变中,辐射衰变过程D-→(其中V表示矢量介子)的短程作用的贡献在标准模型中是被压低的,其分支比预期在10-8量级,而非微扰的长程作用可以使该辐射衰变过程分支比增大到10-5量级,D介子辐射衰变的实验测量对理解QCD理论和检验相关计算具有重要的意义,由于可能存在新物理对分支比的贡献,该衰变过程的研究中也可以实现对一些新物理过程的寻找。在此前的实验测量中,Belle和BABAR实验组已经在超过5倍标准偏差(σ)的信号显著性上观察到了D0→γ K*0和Do → γΦ这两个衰变过程,2017年Belle合作组的新结果更是将测量精度进一步提高。然而,最新的测量结果表明,在D0→γK*0的分支比测量上,BABAR和Belle实验组的最新结果在误差范围内的吻合度并不高,由此第三方的独立测量对于D0→γK*0的分支比研究显得尤为重要。利用BESⅢ质心能量3.773 GeV的数据,我们首次利用DD阈值数据对D介子辐射衰变过程D0→γK*0 和D0→γΦ 的分支比进行了测量,并采用D介子标记的方法降低非D本底的不确定性,测得的分支比结果为:B(D0 →γK*0)=(4.22 ± 0.68 ± 0.19)× 10-4和B(D0 → γΦ)=(3.53 ± 1.32 ± 0.16)× 10-5尽管由于D介子数据量的限制,该分析结果具有较大的统计误差,但是对于D0→γK*0分支比的确认仍具有相当的参考价值,而对于D0→ γΦ信号过程,测得的分支比与现有的实验结果在误差范围内是一致的。
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