BESIII上eta_c衰变到矢量介子螺旋度振幅的实验研究

The charmonium state is an important topic in high energy physics research. It provides us with a playground for understanding the features of quark confinement, for testing the validity of various quark models, and the study of new physics beyond the Standard Model. Up to now, it still can not summarize a reliable description for the numerous contradictory results between theoretical calculations and experimental observations. According to the helicity selection rule, many hadronic decays of charmonium are highly suppressed, such as, eta_c->VV and X_cJ->VV, where V and P denote vector and pseudoscalar meson respectively. However, many of these decay channels were found in the experiments with large errors, especially for eta_c->VV. BESIII experiment at the BEPCII e+e- collider is a unique experiment with the highest luminosity for charmonium physics study. This project will provide us with an opportunity to make a precise measurement of the branching fractions for eta_c decaying into vector meson pairs (phi phi，omega phi, omeg omega and K*0 anti-K*0) at the BESIII with the newest data sample of J/psi, which is helpful for us to understand the helicity selection rule and the physical phenomena, validate the numerous physical model, and promote the development of particle physics theory.

粲偶素是高能物理的一个重要研究课题，是我们理解夸克禁闭，检验不同夸克模型有效性，以及寻找新物理的重要场所。目前，有关粲偶素衰变的一些理论预言和实验结果的矛盾仍然无法得到解释。根据螺旋度守恒定则，一些粲偶素强衰变都是高度压低的，如， eta_c->VV和X_cj->VV（V,P分别表示矢量介子和赝标量介子），然而当中一些衰变道已经在实验上被发现（测量值误差都比较大，特别是eta_c->VV）。第三代北京谱仪是运行在第二代北京正负电子对撞机上粲偶素能区亮度最高的正负电子对撞实验。本项目将依赖于第三代北京谱仪，利用目前最新的J/psi数据样本，高精度测量eta_c衰变到矢量介子对（phi phi，omega phi, omeg omega 以及K*0 anti-K*0）的分支比。这些测量对我们理解螺旋度守恒定则有着重要的意义，同时可以加深对物理现象的理解，检验不同物理模型，促进理论的完善和发展。

有关粲偶素的研究是高能物理的一个重要研究课题，是我们理解夸克禁闭，检验不同夸克模型有效性，以及寻找新物理的重要场所。eta_c衰变到矢量介子对的过程一直是粲偶素物理的重要课题。不同的理论模型对eta_c衰变到phi phi这个过程的分支比进行了预言，如，基于QCD理论，根据螺旋度选择定则的预言，该衰变道的分支比大约为2*10-7；而基于QCD理论的相对论修正之后，该值为10-5~10-4；另外，还有一些专家利用非微扰机制的3P0模型，对该分支比进行唯像的估计：(1.9~2.0)*10-3。但是，结果与实验上的观测值差别都比较大。此外，eta_c衰变到omega phi 这个OZI过程目前仍然没有被观测到；但是，BESIII上已经观测到类似的过程，如Xcj衰变到omega phi。. 目前BESIII上拥有世界上最大的J/psi数据量，为我们在实验上精确测量这些过程提供了可靠的保障。在本项目的支持下，本课题组成员就这方面的问题进行了广泛地研究。为了能够得到可靠的结果，我们在phi-phi系统中，通过螺旋度-协变张量的方法构造其振幅，并且充分考虑了各种可能的干涉现象，最后得到了目前世界上最精确的结果：(2.5+/-0.3+/-0.6)*10-3。由于在omega-phi的不变质量谱上没有观察到eta_c的信号，因此，给出了该衰变过程的上限:2.5*10-4。通过对比实验结果与理论预期值，可知，通过3P0夸克模型计算的结果更加接近本次实验测量值，这意味着量子色动力学中的高阶twist在粲偶素衰变过程中可能起着比较重要的贡献。该项工作已经发表到物理学的国际知名刊物Physical ReView D上，并且，我们的测量结果已被粒子物理领域的权威《粒子物理手册》收录。. 另外，项目组成员还积极与高能所的其他同行进行合作、交流，对粲偶素的相关衰变过程进行研究，如XcJ衰变到Sigma+ anti-Sigma-及其中性道分支比的测量。