BESIII通过J/ψ->φη衰变道对φ介子不可见衰变的分析研究

The BESIII detector is a big magnetic spectrometer which is commissioned at the upgraded Beijing Electron Positron Collider(BEPCII). The updated BESIII experiment has collected about 1312M J/ψ events during the time from April 2009 to now which is the largest J/ψ data sample in the world. .Evidence for a light dark matter (DM) is found from experiments which suggest measurements of invisible decays of quarkonium states would offer a window into what may lie beyond the Standard Model (SM) of particle physics. Since there is no other these kinds of invisible decay channels except decays to neutrino and anti-neutrino final states which branch ratio is very low, so the search for φ invisible decay in J/ψ->φη at BESIII above Standard Model predictions would be the evidence for the light dark matter and also provide a way to search for the new physics.

北京谱仪III(BESIII)是新一代大型通用磁谱仪, 运行在升级改造后的北京正负电子对撞机(BEPCII)上. 从2009年四月开始取数, 至今BESIII得到了1312MJ/ψ数据样本. 这是世界上迄今为止最大的J/ψ数据样本..实验上有证据表明, 可能存在一种轻质量的暗物质, 在此基础上预言了夸克偶素可以通过与此轻暗物质作用, 进行不可见衰变. 如果我们在BESIII上能观测到这种夸克偶素态的不可见衰变, 则是一个暗物质存在的证据, 或者是一个超出标准模型的新物理的实验证据. 因为, 除了衰变到分支比很小的中微子反中微子末态, 标准模型没有任何此类夸克偶素衰变道. 所以, 在北京谱仪(BESIII)上通过J/ψ->φη衰变道对作为夸克偶素之一的φ介子不可见衰变的分析研究, 是验证理论预言的该轻暗物质, 寻找超出标准模型的新物理的重要途径和手段.

通过北京正负电子对撞机（BEPCII）上的北京谱仪III（BESIII）所收集的 (1310.6±7.0)×10e6 J/ψ数据样本，我们进行了ω和φ介子不可见衰变的分析研究。使用的J/ψ数据样本是现今为止世界上最大的J/ψ数据样本。到目前为止，许多天体物理观测已经揭示了暗物质的存在，但是它的性质仍然是神秘未知的。在我们的认知中，暗物质不能进行电磁相互作用，因而在整个电磁波谱中是不可见的，其重力效应是我们认定它存在的唯一依据。任何有关于暗物质与标准模型（SM）粒子相互作用的信息都可以揭示其暗物质的本质。如果我们能在BESIII上观测到ω和φ介子的不可见衰变，就可以得到暗物质存在的证据或者是一个超出标准模型的新物理证据。通过本项目，我们利用J/ψ→ωη和J/ψ→φη数据样本的两体衰变过程来寻找φ和ω介子的不可见衰变，没有发现φ和ω介子不可见衰变的明显信号，我们给出了在90%置信区间内它们的不可见衰变与可见衰变的相对分支比的上限，分别为 Br(ω→invisible)/Br(ω→π+π-π0)<8.1×10e-5和Br(φ→invisible)/Br(φ→K+K-)<3.4×10e-4，并且又给出了它们的绝对分支比Br(ω→invisible)和Br(φ→invisible)的上限分别小于7.3×10e-5和1.7×10e-4。