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重子激发态的研究对我们认识重子内部结构和非微扰QCD区域的强相互作用有着重要的意义。但近年来这方面的研究进展缓慢,现有的研究结果主要来自二十多年前的πN和γN散射实验数据,这一领域还存在许多有待解决的问题。利用J/Ψ衰变过程研究重子激发态是重子物理研究一种新的有效途径。
本文利用北京谱仪(BESⅡ)在北京正负电子对撞机(BEPC)上获取的58M J/Ψ数据,通过事例筛选、重建出11166个J/ψ→p(-p)π0事例,使用协变张量振幅分波分析法对其进行分析,从而研究核子激发态N*,确定它们的质量、宽度、产生额和自旋宇称等重要物理性质。
这是国际上首次对J/ψ→p(-p)π0衰变道进行分波分析。在J/Ψ→p(-n)π-衰变道中发现一个“丢失的”重子共振态,其质量、宽度分别为2068±3+15-40 MeV和165±14±40 MeV,自旋宇称为3/2+。本衰变道中发现它的存在,并测量了它的质量、宽度分别为2040+3-4±25 MeV和23+8-8±56 MeV,自旋宇称倾向于3/2+。本工作对其它共振态的质量、宽度也做了测量:N(1440),M=1455-2-7±48 MeV,Γ=316+5-6±75 MeV;N(1520),M=1513+3-4±14 MeV,Γ=127+7-8±38 MeV;N(1535),M=1537+2-6±12 MeV,Γ=135+8-8±39 MeV;N(1650),M=1650+3-6±27 MeV,Γ=145+5-10±30 MeV;N(1710),M=1715+2-2±39 MeV,Γ=95+2-1±45 MeV。
利用分波分析结果中各个共振态的产额比例归一,得到J/Ψ→p(-p)π0衰变道的探测效率,从而测得J/Ψ→p(-p)π0的分支比为:Br(J/Ψ→p(-p)π0)=(1.33±0.01±0.11)×10-3,比PDG04的结果(1.09±0.09)×10-3大。