北京谱仪BESIII上赝标量胶子球候选态η(1405)的研究

量子色动力学（QCD）是目前最好的能描述强子内部结构和相互作用的理论，并预言了纯胶子的束缚态胶子球的存在。最新的格点QCD计算表明，η(1405)很可能是一个赝标量胶子球态。在实验上寻找胶子球将是对QCD最有力的检验。近30年来在实验上寻找胶子球一直是粒子物理的前沿热点问题，并找到很多候选态，其中最早的是η(1405)，但由于实验数据统计量限制，这些胶子球候选态都尚未得以确认。北京正负电子对撞机经过重大改造后，亮度约为原来的100倍；新的北京谱仪（BESIII）采用了全新的探测技术，探测效率比以前有大幅提高，是未来10年国际上唯一工作在τ-粲能区的高亮度大型高能实验装置，一年可以获取100亿J/ψ数据，是以前BESII数据总和的200倍。J/ψ的辐射衰变被公为是研究胶子球的最佳场所。因此在BESIII上精确测量赝标量胶子球候选态η(1405)的性质对寻找胶子球并检验低能区QCD意义重大。

量子色动力学（QCD）预言了纯胶子的束缚态胶子球的存在。最新的格点QCD计算表明，η(1405)很可能是一个赝标量胶子球态。近30年来在实验上寻找胶子球一直是粒子物理的前沿热点问题，其中最早的是η(1405)，但由于实验数据统计量限制，这些胶子球候选态都尚未得以确认。本项目利用大科学装置北京正负电子对撞机II上的北京谱仪III(BESIII)实验研究了J/ψ的辐射衰变过程，寻找和研究η(1405)的性质。为了更好地理解和优化BESIII探测器，我们基于实验数据和蒙特卡洛模拟对探测器的探测效率进行了深入的研究，尤其是对主漂移室（MDC）进行了大量的改善工作，保证了物理研究的精确度。基于BESIII实验数据，我们研究了J/ψ辐射衰变过程的物理数据，特别首次在BESIII上详细研究了J/ψ衰变道三光子末态的衰变过程，给出了世界上最精确的分支比测量结果，并研究寻找衰变末态中可能的η(1405)共振结构。同时研究了J/ψ→γPP过程中η(1405) →PP的衰变证据。利用BESIII上2亿J/ψ数据，研究了J/ψ→γη’ππ过程中末态的共振结构，这是寻找胶子球的重要物理过程。该研究验证了γη’ππ末态中的X（1835），同时发现了新的X(2120)和X(2370)共振态。作为本项目相关工作的延伸，我们研究了ψ(3686)辐射跃迁到χcJ(J=0,1,2)，并在世界上首次报道了ψ(3686)到J/ψ的直接双光子跃迁过程的证据。