[论文解读] Measurement of the branching fractions for $J/\\psi\ o\\gamma\\pi^0$, $\\gamma\\eta$ and $\\gamma\\eta^{\\prime}$

F. De Mori, S.S. Fang+172 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 15

一句话总结

本文利用北京正负电子对撞机（BEPC）上BESII探测器收集的5800万条J/ψ事例，对J/ψ → γπ⁰、γη和γη′的分支比进行了高精度测量。研究确定了部分宽度之比Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη) = 4.94 ± 0.40，并提取了赝标量混合角θP = (−22.08 ± 0.81)°，为η–η′混合模型提供了强有力约束，支持包含显著ι(1440)或c¯c混杂成分的模型。

ABSTRACT

The decay modes $\\jpsi\\ar\\gamma\\pi^0, \\gamma\\eta$ and $\\gamma\\etap$ are analyzed using a data sample of 58 million $\\jpsi$ decays collected with the BESII detector at BEPC. The branching fractions are determined to be: $Br(\\jpsi\\ar\\gamma\\pi^0)=(3.13^{+0.65}_{-0.44})\ imes10^{-5}$, $Br(\\jpsi\\ar\\gamma\\eta)=(11.23\\pm0.89)\ imes10^{-4}$, and $Br(\\jpsi\\ar\\gamma\\etap)=(5.55\\pm0.44)\ imes10^{-3}$, where the errors are combined statistical and systematic errors. The ratio of partial widths $\\Gamma(\\jpsi\\ar\\gamma\\etap)/\\Gamma(\\jpsi\\ar\\gamma\\eta)$ is measured to be $4.94\\pm0.40$, and the singlet-octet pseudoscalar mixing angle of $\\eta-\\etap$ system is determined to be $\ heta_{P}=(-22.08\\pm0.81)^{\\circ}$.

研究动机与目标

• 利用大量J/ψ衰变事例，高精度测量J/ψ → γπ⁰、γη和γη′的分支比。
• 测定部分宽度之比Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη)，以检验η–η′混合的理论模型。
• 从实验数据中提取赝标量混合角θP，并与理论预测进行比较。
• 解决理论预测与早期实验结果之间的差异，特别是关于大比值R = Γ(γη′)/Γ(γη)的问题。

提出的方法

• 分析了在BEPC上由BESII探测器收集的5800万条J/ψ事例。
• 通过γπ⁰（π⁰ → γγ）、γη（η → γγ或η → π⁰π⁺π⁻）和γη′（η′ → γγ或η′ → ηπ⁺π⁻）重建末态。
• 使用动量重建和粒子识别技术抑制本底，分离信号衰变。
• 通过联合拟合提取分支比，同时考虑相关系统误差。
• 计算比值R = Γ(γη′)/Γ(γη)，并利用公式R = (pη′/pη)³ cot²θP推导混合角。
• 对探测器效率、接受度以及来自PDG和其他实验的分支比输入进行修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 J/ψ → γπ⁰、γη和γη′衰变的精确分支比是多少？
• RQ2 测量得到的比值R = Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη)与基于OZI和SU(3)对称性的理论预测相比如何？
• RQ3 η–η′体系的赝标量混合角θP的值是多少？该结果对混合模型有何约束？
• RQ4 数据是否支持η和η′波函数中包含c¯c或ι(1440)混杂成分的模型？

主要发现

• J/ψ → γπ⁰的分支比测量为(3.13+0.65−0.44) × 10⁻⁵。
• J/ψ → γη的分支比测量为(11.23 ± 0.89) × 10⁻⁴。
• J/ψ → γη′的分支比测量为(5.55 ± 0.44) × 10⁻³。
• 部分宽度之比Γ(J/ψ →γη′)/Γ(J/ψ →γη)的测量结果为4.94 ± 0.40。
• 赝标量混合角确定为θP = (−22.08 ± 0.81)°，与理论预测的负值一致。
• 该结果以超过3σ的显著性排除了预测R = 3.9 [7]的模型，同时在1σ范围内与预测R = 5.1 [8]的模型相符。