物理学院 School of Physics, Nanjing University

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南京大学BESIII实验团队科研工作取得重要进展

2018年09月04日

近日,我院BESIII实验团队与中科院高能所合作,在轻标量介子的研究方面取得重要进展。研究团队在D介子的半轻衰变过程中首次观测到了轻标量介子a0(980),这为研究a0(980) 的本质提供了重要的实验依据,并为轻标量介子内在结构的研究开拓了新的思路。研究成果以“Observation of the Semileptonic Decay D0a0(980)-e+ne and Evidence for D+a0(980)0e+ne为题,于2018824日发表于在Phys. Rev. Lett. 121, 081802 (2018)。我院陈申见教授课题组的博士研究生豆正磊是该论文的通讯作者和实际的第一作者。

对质量在1GeV/c2以下的a0(980) f0(980) 等轻标量介子的内在结构的研究一直是非微扰QCD的核心问题之一,它对于理解低能区的手征对称以及相关物理守恒律具有重要的意义。夸克模型认为a0(980) f0(980) 等为传统的正负夸克组成的q\bar{q}态,但该模型难以解释f的辐射衰变过程fga0(980)0等一系列实验现象,因此对于轻标量介子的内在结构还存在着四夸克态、K\bar{K}束缚态等多种假设。在此前的实验中,已经发现了一部分四夸克态候选,但与轻标量介子不同的是,它们都含有重夸克对成分。

半轻衰变过程中强子跃迁可以自然地从轻对中分解出来,能有效避免强子衰变中复杂的末态相互作用,因此在D介子半轻衰变中寻找a0(980) 可以有效提供a0(980) 波函数中的a0-=d\bar{u}, a0+=u\bar{d}a00=(u\bar{u}d\bar{d})/Ö2成分信息,其对于研究D介子的衰变机制也至关重要。

研究团队利用北京谱仪III探测器采集的总积分亮度为2.93 fb-1y(3770)数据和双标记方法,在6.4倍标准差的显著性上实现了对D0a0(980)-e+ne衰变的寻找,并在2.9倍标准差的显著性上发现了D+a0(980)+e+ne衰变的证据,测得它们的分支比。对于D+ 衰变过程,由于缺乏足够的统计显著性,研究团队还测量了其在90%置信度下的分支比上限。测得的两个衰变过程的分宽度比值与同位旋对称性的预期一致。

该研究首次实现了在D介子半轻衰变过程中对a0(980) 的寻找,将为探究a0(980) 的结构揭开新的一页,并为将来基于高统计量数据的形状因子的测量提供了重要的实验依据。

下图展示了对两个运动学变量,hp粒子系统不变质量(第一列)和U=Emisscpmiss(第二列),进行二维拟合后相应变量的投影分布。上面两图对应D0a0(980)-e+ne过程,下面两图对应D+a0(980)+e+ne过程。带误差棒的点是实验数据,红色实线为总的拟合结果,绿色虚线是信号过程的分布,其他曲线代表各背景过程的分布。从图(a)(b)可以看到很清楚的信号过程。


该研究工作得到了基本粒子与相互作用协同创新中心、中国科学院卓越创新中心的支持,以及科技部国家重点研究计划(973计划)、国家自然科学基金大科学装置重点项目的资助。

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