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量子色动力学是描述强相互作用的基本理论。目前自然界已发现的强子均由两个或者三个夸克组成,而量子色动力学理论允许胶球、混杂态和多夸克态等新型强子的存在(目前实验上尚未确认它们的存在)。轻强子谱学是研究强子物理和QCD的重要工具。因此,实验上寻找和研究新型强子,对于检验和发展强相互作用基本理论具有重大意义,一直是世界上许多高能强子物理实验的最重要物理目标之一。
J/ψ衰变被公认为是寻找和研究新型强子的理想场所。利用BESⅡ采集的5.8×107J/ψ事例样本,我们通过J/ψ→ωp(-p)过程和J/ψ→γφφ过程,对J/ψ衰变的轻强子谱进行了研究。
BES在J/ψ→γp(-p)发现的p(-p)质量阈值奇特增长结构X(1860)引发了一系列的理论解释。为了理解X(1860)的性质,弄清p(-p)末态相互作用(FSI)所起的作用,我们研究了J/ψ→ωp(-p)过程。对J/ψ→ωp(-p)过程的阈值附近p(-p)不变质量谱的研究表明,在p(-p)质量阈值附近没有明显的增长结构。这一结果不支持对于X(1860)的FSI解释。在95%置信水平下,J/ψ→ωX(1860)分支比上限为:Br(J/ψ→ωX(1860))·Br(X(1860)→p(-p)))<1.5×10-5。我们还测量了J/ψ→ωp(-p)过程的分支比为:Br(J/ψ→ωp(-p))=(9.8±0.3±1.4)×10-4。
J/ψ辐射衰变可能产生丰富的胶子束缚态--胶球。对两个矢量介子组成的系统的研究为寻找和检验胶球提供了重要信息。我们研究了辐射衰变过程J/ψ→γφφ,在φφ不变质量谱阈值附近发现了一个共振结构(η(2225))。我们首次对J/ψ→γφφ过程进行分波分析,确定了该结构的自旋-宇称为0-,质量和宽度分别为2.24+0.03+0.03-0.02-0.02GeV/c2和0.19±0.03+0.06-0.04GeV/c2,分支比为:Br(J/ψ→γη(2225))·Br(η(2225)→φφ)=(4.4±0.4±0.8)×10-4围绕此分波解,我们做了详细的检查,并研究了在φφ不变质量谱可能存在的其它共振态。