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BES J/  物理

BES J/  物理. 沈肖雁 中科院高能物理研究所. Introduction. 高能物理 又称粒子物理， 是研究物质的基本组元和它们之间相互作用规律的一门科学。 高能物理研究的内容涉及到更基本的物质结构以及相互作用规律，因而在人们认识世界和改造世界过程中起到很大作用。 始终处于科学的前沿。 总结出的“标准模型”是物理的基础。 把人们的认识水平推进到 10 -19 米 。. Introduction. 高能加速器和探测器的 应用非常广泛和深远。 几十年来高能物理 对科学做出了重大贡献。

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BES J/  物理

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  1. BES J/ 物理 沈肖雁 中科院高能物理研究所

  2. Introduction 高能物理 又称粒子物理， 是研究物质的基本组元和它们之间相互作用规律的一门科学。 高能物理研究的内容涉及到更基本的物质结构以及相互作用规律，因而在人们认识世界和改造世界过程中起到很大作用。 • 始终处于科学的前沿。 • 总结出的“标准模型”是物理的基础。 • 把人们的认识水平推进到10-19米。

  3. Introduction 高能加速器和探测器的应用非常广泛和深远。 几十年来高能物理对科学做出了重大贡献。 从1901年颁发诺贝尔奖起，已有一百多位物理学家获得了诺贝尔物理奖，其中有四十多位与粒子物理有关，是物理学中获诺贝尔奖最多的一门分支。

  4. 高能物理简介 目标：探索物质的基本组元和它们之间相互作用规 律。（宇观、宏观、介观、微观） 成果： 1. 建立了夸克模型 2. 夸克是参与强相互作用粒子的基本组元，三代、六种。轻子也是物质的基本组元，也有三代，六种。 3. 建立了电磁力 — 弱力统一理论和量子色动力学（QCD），再加上夸克模型构成了描述物质相互作用基本规律的理论 — 标准模型。 4. 发展了高能加速器和探测器技术，并得到了广泛应用。

  5. 夸克模型和三代轻子 三代夸克: 三代轻子： 传播子： （电磁力） （弱力） （强力） 夸克模型很成功，1974年c夸克、1976年b夸克发现了，1995 年t 夸克也找到了，2000年找到的实验证据。夸克模型能很好描述强子结构。中微子宽度测量的实验，支持轻子（从而夸克）只有三代，与宇宙学的预言相符合。

  6. 四种相互作用

  7. 电磁—弱电统一理论 20世纪60年代，发现了电磁作用与弱作用有某种对称性。当引入一种对称自发破缺—Higgs机制后，建立起电弱统一理论，用规范群SU(2) ×U(1)描述，使弱作用传播子中间玻色子带有较大的质量。80年代，中间玻色子被发现。但迄今为止尚未发现Higgs粒子。（这种对称自发破缺机制可能是导致粒子质量的原因） 按大爆炸模型，在大爆炸之初，四种相互作用是统一的，冷却后，逐步分离为四种相互作用。 电弱强统一理论受到实验检验。

  8. 量子色动力学(QCD) • 描述强相互作用的理论。 • 强子（参与强相互作用的粒子）由夸克组成。 • 夸克与胶子是有颜色的（色荷）。 • “夸克渐进自由”为理论基础。 • 用SU(3) ×SU(2) ×U(1)规范群描述 很好解释夸克囚禁，强子喷注等实验现象 广义相对论描述引力

  9. 高能加速器和探测器—高能物理研究的基本工具高能加速器和探测器—高能物理研究的基本工具 • 必要性： • 探索尺度越小，越需要高能加速器。（波长与能量成反比） • 产生新重粒子，需要更高能加速器。（E＝Mc2） • 模拟大爆炸瞬间的粒子状态，需要高能重离子对撞机，以产生极高的温度。 • 加速器类型： • 一般加速器：加速单束带电粒子。 • 对撞机：两带电粒子束相撞，获得更高的加速效率。分类e+e-，ep，pp， ，重离子—重离子。

  10. 高能物理成果 • t夸克，中微子的发现，使三代夸克、轻子模型更完美。 • 标准模型很成功的解释各种复杂的高能现象和规律。电—弱统一理论预言的中间玻色子W±和Z0都发现了。三喷注的发现给出了胶子存在的证据，QCD很好描述喷注现象以及其它强相互作用现象。 • 深刻地了解对称性规律，发现在弱作用下，宇称（P）对称性以及粒子—反粒子变换联合反演（CP）破坏，并寻找b夸克衰变中的CP破坏。到2001年7月，BaBar和Belle已观察到b的cp破坏。 • Super—kamiokande，k2k，SNO，KamLAND等实验： 大气中微子 短缺以及太阳中微子短缺都是由于中微子振荡的结果，   ，  e  。中微子有质量，但很小，me<0.24ev，m m <0.24ev。中微子的发现被授予2002年诺贝尔物理奖。

  11. 尚待解决的问题 • Higgs是否存在？(LHC) • 超对称粒子（*注）是否存在？ • 胶子球存在的证据，四夸克态、五夸克态、六夸克态和奇特态的寻找。 • 暗物质粒子的探测（WIMP粒子的寻找） • CP破坏的本质是什么？ • 粒子为什么有质量？（从1eV到176GeV） • 夸克、轻子是基本组元吗？ • 夸克、轻子只有三代吗？ • 中微子振荡的存在说明中微子有质量，在标准模型框架中不能解释。 • 夸克、胶子等离子体是否存在？（期待RHIC上发现） • 为什么宇宙中物质—反物质是不对称的？ • 反物质的寻找（AMS） • 是否存在标准模型之外的模型？（标准模型远不能说完备，它有17个参数之多） *注：超对称粒子是指夸克、轻子自旋为整数，传播子自旋为半整数。

  12. Recent Results from BES J/ Decays Xiaoyan SHEN Representing BES Collaboration Institute of High Energy Physics (IHEP) CAS, Beijing, P.R.China shenxy@ihep.ac.cn

  13. Outline • Introduction • Study of  and  • Precise measurement of • Study of • Measurement of • Study of the excited baryon states -- N* in the decay of -- N* and * in the decay of • Summary

  14. The Beijing Electron Positron Collider

  15. BESII Detector VC: xy = 100 m TOF: T = 180 ps  counter: r= 3 cm MDC: xy = 220 m BSC: E/E= 22 % z = 5.5 cm dE/dx= 8.5 %  = 7.9 mr B field: 0.4 T p/p=1.7(1+p2) z = 2.3 cm

  16. 探测器 以BES（北京谱仪）为例说明探测器和工作原理 顶点探测器（VC） 顶点 主漂移室（MDC）p，dE/dx 飞行时间（TOF）t（→v） 簇射（BSC） 测e，能量  计数器测径迹，p 总的给出粒子的各种参数，得到： m  JPC IG （质量） （宽度） （自旋—宇称） 及有关的物理量。

  17. Korea (4) Korea University Seoul National University Chonbuk National University Gyeongsang Nat. Univ. USA (4) University of Hawaii University of Texas at Dallas Colorado State University Stanford Linear Accelerator Center UK (1) Queen Mary University China (18) 高能所；中国科学技术大学； 山东大学；浙江大学； 华中师范大学；上海交通大学； 北京大学；高等科学技术中心； 武汉大学；南开大学； 河南师范大学；湖南大学； 清华大学；辽宁大学； 四川大学，南京师范大学； 广西大学；广西师范大学； Japan (5) Nikow University Tokyo Institute of Technology Miyazaki University KEK U. Tokyo The BES Collaboration

  18. Data Collected with BESI and BESII

  19. BEPC/BES BEPC 能量虽不高，但涉及到粲（c）夸克和轻子能量范围，有很多有意义的物理课题。因此，十年来，在BES上做出了许多国际上关注的成果，如： • 轻子质量的精确测量 • R值的精确测量 • 胶球候选者研究的一些结果 • J/， ’，D 和Ds 物理 • 新粒子态的发现 … …

  20. J/ data samples CBAL 2.2M J/ events DM2 8.6M J/ events BESII 58MJ/ events MKIII 5.6M J/ events BESI 7.8M J/ events MKII 5.6M J/ events

  21. Introduction to J/ Physics 3-gluon Electromagnetic Radiative Via c • a good lab for studying hadron spectroscopy • a good lab for excited baryon states • hunting for glueballs in J/ radiative decays

  22.  in J/ Theory: •  scattering • Chiral perturbation theory Experiments: •  scattering exps. • DM2 J/   • E791 D+ +-+

  23. BESII 58M J/ BES II Preliminary

  24. Fit to the J/→+ b1(1235) BES II Preliminary preliminary f0 contribution f2 contribution

  25.  in J/ K*K and K+K- Before K*(892) 0 cut BES II Preliminary After K*(892) 0 cut

  26. Observation of a enhancement near threshold in at BESII(based on 5.8 107 J/)

  27. pp mass for selected events Besides peak, there is a clear enhancement near threshold.

  28. Final fit fitted peak location J/ygpp acceptance weighted BW +3 +5 -10 -25 M=1859 MeV/c2 G < 30 MeV/c2 (90% CL) c2/dof=56/56 0 0.1 0.2 0.3 M(pp)-2mp (GeV) 3-body phase space acceptance

  29. NN bound state (baryonium)?? There is lots & lots of literature about this possibility deuteron: baryonium: attractive nuclear force attractive force?? + n + - loosely bound 3-q 3-q color singlets with Md = 2mp- e loosely bound 3-q 3-q color singlets with Mb = 2mp-d ?

  30. PWA of and

  31. Global fit and bin-by-bin fit are performed

  32. Results of • Clear signal. • Evidence of . • 0++ is dominant in 1.7GeV mass region • Masses and Widths (statistical errors only):

  33. Precise measurement of J/ The angular distribution of two baryon final states can be written as Where is the angle between the baryon direction and the positron beam direction Theoretical models from first order QCD give various  value predictions.

  34. BES measurement on J/ =0.676±0.036±0.027 , agrees with theo3 sys. error Br=(2.26 ±0.01 ±0.12) ×10-3 BES II Preliminary sys. error

  35. Study of J/V (V=,) • Theoretical prediction for (1440) • state  : =9 : 2 • Pure glueball:  : =1 : 1 • MARKIII Results • (1440) →   Mass= 1432 ± 8MeV = 90 ± 26 MeV B(J/ →  ) ×B( →  ) =(0.64±0.12±0.07)×10-4 • (1440) →   B(J/ →  ) ×B( →   ) < 1.6×10-4 (90% C.L.)

  36. BES results on (preliminary) ’ f1(1285) (1440) BES II Preliminary BCK from J/→0,

  37. BES results on (preliminary) BES II Preliminary 48.4847.14 events B(J/X)=(0.310.30)10-4 B(J/X)<0.8210-4 95% C.L. After BCK subtraction

  38. Measurement of J/→ +-0 (preliminary) • Absolute Measurement from BESII 58M J/ Decays

  39. BES II Preliminary m+0 00 m+- +- m-0 -+ +0 B(J/ →+-0) =(21.350.041.85)10-3 Systematic errors include: BG from continuous energy region(1%), reconstruction of each charged track(2%), photon detection(2%), 5C kinematic fit(2.9%), further criteria (1%), MC model uncertainty(3%), BG uncertainty(1%) and J/ total number(5%) TOTAL  8.7%

  40. Relative Measurement from 14M (2S) Decays BES II Preliminary Similar cuts are used for process I and II , many systematic errors can be cancelled. BESII 14M (2S) : B(J/→+- 0) =(20.90.21.1)10-3 (preliminary) PDG: (15.0  2.0)  10-3 inconsistent !

  41. Study of Excited Baryon States • Probe the internal structure of light quark baryons • Search for missing baryonspredicted by quark model • Obtain a better understanding of the strong interaction force in the non-perturbative regime • Jefferson Lab. electro&photo-production exps. • CB-ELSA facility at Bonn University • SPRING8 in Japan • GRAAL at Grenoble of France started exps

  42. J/ decays • relatively large branching ratios (PDG2002) (58M J/)

  43. Pure isospin 1/2 Feynman diagram of the production of For and , N and N systems are limited to be pure isospin 1/2.

  44. N*(1520) N*(1535) N*(1650) N*(1675) N*(1680) N*(1440) ? BES II Preliminary N* in BG estimation • Estimate the BG from • the fitting of the data. • The Monte Carlo of • J/ inclusive decay • is also used in the • background analysis. • Background < 8%.

  45. Fitting formulak : momentum of q : proton momentum in Mx frame BES II Preliminary ►Possible new N* resonance (preliminary) ►Detailed information needs PWA

  46. BES II Preliminary N* in BES II Preliminary

  47. N*(1650) BES II Preliminary from BESII data • Two clear peaks at 1520, 1690 MeV/c2 in pK mass • N* in K mass • PWA is being performed

  48. Summary Based on BESII 58M J/ (preliminary) •  is clearly seen in J/. The pole position of  is determined. •  is studied in J/ K*K and K+K-. The pole position of  is determined. • Br.(J/ )= (2.26 ±0.01 ±0.12) ×10-3  = 0.676±0.036±0.027

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