BESIII上粲偶素跃迁的实验研究

The study of the properties in charmonium production and decay has been playing an important role in examining and developing the Standard Model for a long time. The research for charmonium transitions is one of the key methods to investigate the properties for charmonium production and decay, resulting a special way to reveal the nature and the interaction between the components for charmonium mesons. Thus, experimental study of the properties in charmonium transitions is an important issue.. Charmonium transition has never been systematically studied because of the lack of experimental data. In this project, we will carry out a comprehensive and systematic study for the charmonium transitions based on the huge charmonium data collected at BESIII experiment. Considering the perturbative QCD can not work very well in BESIII energy region, we can well validate the non-perturbative QCD theories, such as QCDME, and develop the low-energy QCD by the precise measurements for the branching fractions of some charmonium transition modes and the searching for the transition processes, which is theoretically long expected but not established experimentally.

粲偶素各种产生和衰变特性的研究一直是检验和发展标准模型的重要场所，而粲偶素的跃迁过程是研究重夸克偶素产生和衰变特性的重要方法之一，为探索重夸克偶素内部结构及其组分之间的相互作用特点开辟了独特的研究途径，故对粲偶素跃迁特性的实验研究是一个非常重要课题。. 由于以往实验的数据样本太小，粲偶素间的各种跃迁过程从来没有在实验上被系统地研究过，本项研究将利用BESIII直接或间接收集的大量粲偶素样本对粲偶素的跃迁特性进行系统、全面地研究。考虑到BESIII能区微扰QCD理论不太适用，故通过对粲偶素跃迁过程分支比的精确测量和某些已被预言但尚未发现的强跃迁过程的寻找，能够很好的检验QCDME等非微扰QCD理论的有效性，为发展低能QCD理论提供实验依据。

粲偶素各种产生和衰变特性的研究一直是检验和发展标准模型的重要场所，而粲偶素的跃迁过程是研究重夸克偶素产生和衰变特性的重要方法之一，为探索重夸克偶素内部结构及其组分之间的相互作用特点开辟了独特的研究途径，故对粲偶素跃迁特性的实验研究是一个非常重要课题。.. BESIII实验自2009年开始运行以来，共取得超过13.0亿J/psi数据、4.4亿psi-prime数据以及~ 5310.5 pb^-1的XYZ数据，是目前世界上在tau-粲能区最大的数据样本。南开大学和中国科学院高能物理研究所密切合作，建立了一支由一名教授、两名副研究员、一名讲师以及十多名研究生组成的研究团队。在本项目实施中，一名副研究员晋升为研究员，一名讲师晋升为副教授，一名博士生毕业后被聘为讲师。. . 我们系统地开展了粲偶素跃迁的实验研究，发表共计17篇课题研究论文，其中2篇Phys. Rev. Lett.、8篇Phys. Rev. D和4篇Chin. Phys. C。我们的研究内容包括(类)粲偶素跃迁衰变和其他一些方面。在e^+ e^- -> pi^0 pi^0 h_c跃迁衰变过程中，首次发现了中性类粲偶素Z_c(4020)^0，在e^+ e^- -> pi^+ pi^- h_c跃迁过程多个能量点的line-shape上，发现了疑似的Y(4220)和Y(4390)结构。在粲阈以上的若干能量点上，首次发现了e^+ e^- -> eta-prime J/psi的跃迁衰变模式，同时对其在若干能量点的line-shape进行拟合表明改衰变末态倾向来源于psi(4160)的衰变。我们也通过合并若干能量点发现了e^+ e^- -> gamma chi_c1,2跃迁衰变的证据。同时我们也开展了粲偶素其他方面的研究。例如，我们对螺旋度破坏的衰变模式chi_c2 -> VP (rho pi, K*K)进行了分波分析，表明该过程存在同位旋或U-旋破坏。我们首次发现了chi_c0,2 -> eta eta-prime和chi_c2 -> eta-prime eta-prime的信号, 我们也研究了粲偶素的重子对衰变，测量了他们的分支比以及角分布参数。.. 我们的研究成果激励了人们开展类似的、极大的丰富了类粲偶素家族成员的研究，粲偶素的相关研究成果检验了某些理论模型。