J/ψ (ψ(3686)) → π+π−η 的实验研究

The decays of ψ mesons (ψ denotes both the J/ψ and ψ(3686) charmonium states) provide an excellent laboratory in which to explore the various hadronic properties and strong interaction dynamics in a nonperturbative regime. In particular, the decay ψ→ρη is an isospin symmetry breaking process. The measurement of its branching fraction (BR) will shed light on the isospin breaking effects in ψ → VP (where V and P represent vector and pseudoscalar mesons, respectively) decays, and can be also used to calculate the associated electromagnetic form factors, which are used to test quantum chromodynamics (QCD) inspired models of mesonic wave functions. In the framework of perturbative QCD, the partial width for the ψ decays into an exclusive hadronic final state is expected to be proportional to the square of the c¯c wave function overlap at the origin. Thus the ratio of BRs of ψ(3686) and J/ψ decays to any specific final state is expected to be 12.7%, which is the well-known “12% rule.” Although the rule works well for some decay modes, it fails spectacularly in the ψ decays to VP such as ψ→ρπ. A precise measurement of the BR for ψ → ρη also provides a good opportunity to test the “12% rule”..In this work, using high statistical samples of ψ events accumulated with the Beijing Spectrometer III (BESIII) detector operating at the Beijing Electron-Positron Collider II (BEPCII), a partial wave analysis (PWA) of the ψ → π+π-η decay is performed.

在非微扰QCD机制中，粲夸克偶素ψ(指J/ψ和ψ(3686)) 的衰变为我们研究其各种各样的强子属性及强相互作用动力学机制提供了一个很好的平台。尤其是同位旋破坏的ψ→ρη衰变过程，它的分支比测量既可以阐明在衰变道ψ→VP (V和P分别表示矢量和赝标量介子) 中的同位旋破坏效应，也能用来计算关联的电磁形状因子，而这些电磁形状因子可用来验证QCD 激励的介子波函数模型。利用BESIII采集的更高统计量的J/ψ和ψ(3686)数据样本，我们将采用协变张量振幅的方法对衰变过程J/ψ(ψ(3686))→π+π−η开展分波分析研究，精确测量其衰变分支比和衰变过程中可能的中间组分，检验“12%规则”，并为进一步理解和认识同位旋破坏效应，及测算关联的电磁形状因子提供重要的实验信息。

粲偶素ψ（ψ指J/ψ和ψ(3686)的衰变为研究其各种各样的强子属性及强相互作用动力学机制提供了一个很好的平台。尤其是同位旋破坏的ψ→VP（V和P分别表示矢量和赝标量介子)过程，它的分支比测量既可以阐明在衰变道ψ→VP中的同位旋破坏效应，也能用来计算关联的电磁形状因子，同时该过程一直以来都被认为是检验“12%规则”的理想衰变道。通过精确测量ψ→ρη的衰变分支比，将会为我们提供一个很好的机会来验证该规则。.本项目主要是利用BESIII实验采集的共100亿J/ψ、4.48亿ψ(3686) 数据，应用协变张量振幅的方法，对J/ψ(ψ(3686))→π+π-η衰变过程开展分波分析研究。在对J/ψ衰变过程的PWA研究中，我们考虑了不同共振态、非共振态之间的干涉情况及探测器分辨的影响。.基于重建得到的约401285个J/ψ→π+π-η信号候选事例，初步的PWA研究结果能较好描述实验数据，且表明准基础解包含9个共振态组分：ρ0、ω、ρ(1450)、ρ(1700)、ρ(1900)、ρ(2150)、ρ3(1690)、a2(1320)、a2(1700)及4个非共振态成分。.对ψ(3686)衰变过程，我们开展了相似的研究。由于统计量较低，共301事例，在该过程的PWA分析中仅考虑了ρ与非共振态的贡献，并未考虑其他共振态。同时还初步测量了ψ->ρη、ψ->π+π-η、J/ψ-> a2(1320) π、J/ψ->ωη等过程的衰变分支比。这是首次在该过程中测得J/ψ-> a2(1320) π和ψ(3686)->π+π-η的衰变分支比。此外，初步估计了ψ(3686)和J/ψ衰变到ρη（π+π-η）的分支比比值，均为10% (11%)，在统计误差范围内未发现存在明显破坏“12%规则”。这为我们进一步理解和认识同位旋破坏效应，及测算关联的电磁形状因子提供了重要的实验信息。.