hc遍举轻强子衰变的实验研究

The studies on charmonium exclusive decays are the basis of understanding the nature of charmonium. The puzzles exposed in these studies makes the charmonium decays to be the hot topics in experimental particle physics field from the discovery of them. Until to now, only two exclusive decay channels of the lowest P wave siglet charmonium are observed, which hinders the understanding of hc. To solve this problem, we propose to use the huge data sets taken at 3.686 GeV during 2009 and 2012 with BESIII to study hc exclusive decays by reconstruct hc from psi(3686) decay. We intend to search for about 20 exclusive final states and measurement the branching fraction or upper limit for these final states. We expect to observe some exclusive final states of hc decays. The results can be used to test some theoretical model and provide useful information for studies on charmonium decays. These results will fill the blanks of PDG.

对粲偶素遍举衰变的研究是理解粲偶素本质的基础，在这些研究中所展现出来的问题使这一课题自粲偶素被发现也一直是粒子物理实验领域的研究热点。hc是最低的P波单态粲偶素，迄今为止，实验上仅观测到该粒子两个遍举衰变过程。这严重地阻碍了人们对hc的理解。针对这一现状，本课题提出利用BESIII于2009年和2012年在质心系能量为3.686 GeV处采集的大批量数据，基于BOSS离线软件框架，重建出psi(3686)衰变链中的hc，系统地开展hc遍举衰变的研究，全面寻找近20个hc衰变到包含多个粒子的遍举过程，测量这些过程的分支比或上限。预期将首次观测到多个hc衰变的遍举末态。本课题的实验结果将为发展相关理论模型和进一步研究粲偶素的衰变特性提供重要的实验数据。这些研究成果将填补PDG上的空白。

在BESIII发现psi(2S)到pi0hc这一衰变过程后，BESIII陆续利用这一衰变过程测量了hc的辐射衰变等过程。基于这些已有的实验，本项目提出利用这一过程可以寻找hc的强子衰变过程，主要研究p p-bar pi+pi-等有较明显的信号的衰变过程。然而在本项目开展后，BESIII合作组内其他课题组已经开展了这些过程的实验，并在本课题组之前得到相关实验结果，到目前为止他们的结果也已经发表在Physical Review D上。在这样的情况下，本项目立即转向其他重要的粲偶素衰变的研究。在第一个方面，开展了chi_cJ到PP过程的实验研究，首次观测到chi_c2衰变到eta’ eta’和chi_c0,2到eta eta’这三个衰变过程并精确测量了它们的分支比分别为 (4.76±0.56±0.38) ×10-5，(8.92±0.84±0.65) ×10-5和(2.27±0.43±0.25) ×10-5, 还精确测量了chi_c0衰变到eta’ eta’这个过程的分支比为(2.19±0.03±0.14) ×10-3，这些结果表明在chi_cJ衰变中双OZI贡献大约为单OZI贡献的15%；第二方面，开展了J/psi稀有衰变过程的实验研究，首次利用本课题组提出的J/psi到phi e+e- 和 Lambda_c+ e-+c.c.这两个稀有衰变过程寻找新物理现象，给出了在这两个过程中相关新物理现象的约束，测定了两个稀有过程的分支比上限分别为1.2×10-7及6.9×10-8，为后续开展相关实验研究给出了重要的参考。.此外，本课题还开展了DD-bar阈以下能区LUNDA面积定理产生子模型的参数调节工作，通过利用筛选的3.65GeV处的强子样本，得到了一组在DD-bar阈下能区普适的参数。这些参数已经被BESIII、CMD-3和SND等实验采用。为积极探索在BESIII上开展其他物理课题的研究，本课题组还研究了D0到KKpi三体衰变过程的局域CP不对称的现象，发现在有中间共振态干涉的情况下，可能存在色磁偶极矩有较大影响的新物理，该两个含共振态过程的整体CP不对称可增加到10-4量级，并且符号相反。在它们相空间重叠区，其局域的CP不对称可达10-3。.本课题组还开展了J/psi到四轻子末态和单举Lambda重子末态的研究，由于这些工作尚未正式发表，在此不进行详细阐述。