Σ超子的电磁形状因子和相位角测量

Electromagnetic form factors (EMFFs) of baryon provide fundamental information about its internal structure and dynamics. They constitute a rigorous test of QCD-based theoretical models. The EMFFs in Time-like can be complex, which indicate there is the phase angle difference between EMFFs. In the process of electron-positron annihilation into a baryon-antibaryon pair, the phase angle difference can lead to polarization of baryons. It is hard to measure the polarization of nucleons. However, for the hyperon who decays to secondary baryon and meson via weak decay, it is possible to measure the polarization by analyzing the joint angle of hyperon and its secondary baryon which can determine its phase angle difference. Based on the data collected at BESIII with c.m. energies from 2.3864 to 3.08 GeV in 2015, we plan to measure the cross section line shape of Σ anti-Σ processes and the effective form factors, to test possible threshold effect and the prediction of pQCD at high energy regions. We also plan to measure the EMFF ratio of Σ and the phase angle difference by analyzing the scattering angle of Σ and the helicity angle of secondary baryon.

重子的电磁形状因子是表征重子非点状性及描述其内部结构的重要参数。重子对过程的产生截面谱测量和电磁形状因子的研究对理解阈值效应，研究重子内部结构以及验证基于QCD理论的相关模型具有重要意义。由于类时空间虚光子耦合重子反重子对电磁形状因子有虚部贡献，电磁形状因子可以是复数形式。对于非极化的正负电子束流，电磁形状因子之间的相角差会导致重子的极化。核子的极化很难测量，而超子极化可以根据其弱衰变到重子和介子的过程，通过研究超子和末态重子的联合角分布，测量超子的极化，从而得到电磁形状因子的相角差。利用BESIII探测器在2015年收集的质心能量从2.3864到3.08 GeV的数据，本项目计划测量Σanti-Σ对的产生截面和有效形状因子，验证阈值效应及QCD相关理论模型对高能区能谱的预言，通过Σ散射角和末态重子螺旋度角分析，确定Σ的电磁形状因子比值和相角差。

本项目利用北京谱仪BESIII实验收集的数据，系统性地研究了Σ超子对的产生。利用在质心能量2.3864-3.02 GeV收集的积分亮度为330 pb-1的扫描数据，测量了Σ+/Σ0/Σ-阈值附近产生截面值、截面谱研究、Σ+电磁形状因子的比值及相位角测量，实验结果发现了Σ+/Σ-对产生显著的非零的阈值截面，验证了库伦修正。并且Σ+/Σ0/Σ-对从阈值到3.02 GeV的产生截面满足9.7±1.3：3.3±0.7：1，理解该比例关系还需要更多的理论探讨。此外，实验测量了阈值附近2.396 GeV Σ+的电磁形状因子比值显著大于1，暗示阈值附近存在较大的D波贡献。实验在2.64和2.90 GeV通过联合角分布分析得到了显著的电磁形状因子非零相位角，并得到Σ+的极化分布。本项目利用10亿J/ψ数据，测量了Σ-对的分支比和角分布参数，填补了J/ψ衰变到SU（3）重子对的空白，利用0.5亿ψ(3686)数据，通过其辐射过程首次测量χcJ衰变到Σ-对的分支比，从而检验色八重态机制。本项目利用在J/ψ峰值附近3.05-3.12 GeV和ψ(3686)峰值附近3.58-3.71 GeV收集的扫描数据，测量Σ+/Σ0对过程的产生截面谱，并通过拟合确定共振态衰变到Σ对过程中强相互作用和电磁相互作用之间的相位差，检验SU(3)重子对称性。本项目利用BESIII的数据，还研究了其他重子的产生，如利用扫描数据研究核子对，Λ anti-Σ0，Λc对，以及通过初态辐射方式分别研究Λ和Σ对的产生截面。一系列的研究工作对理解重子的产生性质和内部结构提供重要实验数据。