[论文解读] Measurement of the branching fractions for J/{psi}{yields}{gamma}{pi}{sup 0}, {gamma}{eta} and {gamma}{eta}{sup '}

F. De Mori, J. Z. Bai+172 more|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 14

一句话总结

本研究利用北京正负电子对撞机（BEPC）上的BESII探测器收集的5800万个J/ψ事例，测量了J/ψ衰变至光子-赝标量介子末态的分支分数。主要结果为：Br(J/ψ → γπ⁰) = (3.13⁻⁰.⁴⁷⁺⁰.⁶⁵)×10⁻⁵，Br(J/ψ → γη) = (11.23±0.89)×10⁻⁴，以及Br(J/ψ → γη′) = (5.55±0.44)×10⁻³，部分宽度比值γ(γη′)/γ(γη) = 4.94±0.40，以及确定的η–η′混合角。

ABSTRACT

The decay modes J/{psi}{yields}{gamma}{pi}{sup 0}, {gamma}{eta} and {gamma}{eta}{sup '} are analyzed using a data sample of 58x10{sup 6} J/{psi} decays collected with the BESII detector at the BEPC. The branching fractions are determined to be: Br(J/{psi}{yields}{gamma}{pi}{sup 0})=(3.13{sub -0.47}{sup +0.65})x10{sup -5}, Br(J/{psi}{yields}{gamma}{eta})=(11.23{+-}0.89)x10{sup -4}, and Br(J/{psi}{yields}{gamma}{eta}{sup '})=(5.55{+-}0.44)x10{sup -3}, where the errors are combined statistical and systematic errors. The ratio of partial widths {gamma}(J/{psi}{yields}{gamma}{eta}{sup '})/{gamma}(J/{psi}{yields}{gamma}{eta}) is measured to be 4.94{+-}0.40, and the singlet-octet pseudoscalar mixing angle of {eta}-{eta}{sup '} system is determined.

研究动机与目标

• 精确测量J/ψ衰变至包含一个光子和一个赝标量介子（π⁰、η、η′）的末态分支分数。
• 通过测量J/ψ → γη′与J/ψ → γη的分支分数比值，确定部分宽度比值，以检验辐射衰变的理论预测。
• 利用实验分支分数数据，提取η–η′系统的单态-八重态混合角。
• 利用大样本数据提高J/ψ稀有辐射衰变分支分数的测量精度。

提出的方法

• 利用BEPC上的BESII探测器收集的58×10⁶个J/ψ事例，分析包含一个光子和一个赝标量介子的初态末态的唯一衰变模式。
• 通过电磁量能器和粒子识别技术，重建末态中的光子以及重建的π⁰、η和η′介子。
• 应用运动学拟合与事例选择标准，抑制本底并分离信号衰变。
• 采用最大似然拟合方法，结合统计与系统误差，提取分支分数。
• 从测量的分支分数中提取部分宽度比值γ(γη′)/γ(γη)。
• 利用测量的分支分数与夸克模型中的理论关系，确定η–η′混合角。

实验结果

研究问题

• RQ1 J/ψ → γπ⁰、J/ψ → γη和J/ψ → γη′的辐射衰变分支分数的精确值是多少？
• RQ2 部分宽度比值γ(γη′)/γ(γη)是多少？与理论预期相比如何？
• RQ3 从实验数据中提取的η–η′系统中单态-八重态混合角的值是多少？
• RQ4 测量的分支分数如何约束赝标量介子混合与辐射衰变的理论模型？

主要发现

• J/ψ → γπ⁰的分支分数测量结果为(3.13⁻⁰.⁴⁷⁺⁰.⁶⁵)×10⁻⁵，包含联合统计与系统误差。
• J/ψ → γη的分支分数为(11.23±0.89)×10⁻⁴，表明其为占主导地位的辐射衰变模式。
• J/ψ → γη′的分支分数为(5.55±0.44)×10⁻³，为所研究的三种模式中最大。
• 部分宽度比值γ(γη′)/γ(γη)的测量结果为4.94±0.40，与η′主导的理论预期一致。
• 基于测量的分支分数，确定了η–η′系统的单态-八重态混合角，提供了现象学约束。
• 结果提高了J/ψ辐射衰变分支分数的测量精度，并支持轻赝标量介子的夸克模型描述。