北京谱仪-III上粲重子半轻子衰变→Λe+νe和的蒙特卡罗研究

李　蕾，闵瀚云，冯佳欢，陈佳文

(北京石油化工学院，北京 102617)



李蕾，闵瀚云，冯佳欢，陈佳文

(北京石油化工学院，北京 102617)

摘要：通过分析衰变到所有可能末态的蒙特卡罗样本模拟测量了粲重子半轻子衰变过程→Λe+νe和→Λμ+νμ的绝对分支比。基于完整的蒙特卡罗模拟和物理分析，研究了BES-Ⅲ上测量→Λe+νe和→Λμ+νμ的这2个半轻子衰变分支比能够达到的精度。研究表明，如果在BES-Ⅲ上能够采集9(20)fb-1的数据，→Λe+νe和→Λμ+νμ衰变分支比的测量精度能够达到4.5(3.2)%与5.7(4.0)%。该测量结果将对检验和刻度格点QCD理论和在更高的精度上检验标准模型理论提供至关重要的实验数据。

关键词：粲重子；蒙特卡罗模拟；半轻子衰变；测量精度；衰变分支比

1BES-Ⅲ探测器与蒙特卡罗样本

1.1BES-Ⅲ探测器

BES-Ⅲ探测器由主漂移室(MDC)、飞行时间计数器(TOF)、电磁量能器(EMC)和μ子计数器等4个基本单元组成[1]。此外，在电磁量能器(EMC)和μ子计数器之间还有1个超导螺线管磁铁(SSM)为测量带电粒子的径迹参数提供磁场强度为1 T的均匀偏转磁场。MDC是BES-Ⅲ主要的探测器，可以测量带电粒子的径迹位置、动量以及电离能损(dE/dx)等信息；MDC的极角覆盖范围为|cosθ|<0.93，其中θ为带电径迹的极角；MDC的单丝空间分辨小于130 μm，在带电径迹横动量为1 GeV/c时，动量分辨为0.5%。TOF主要用来测量带电粒子的飞行时间信息，并结合MDC测得的动量及dE/dx信息对带电粒子进行粒子识别，飞行时间计数器桶部的时间分辨为90 ns。EMC主要用来测量光子和电子的电磁簇射能量和簇射的发展形状，在光子能量为1 GeV/c时，其能量分辨为2.5%。

1.2蒙特卡罗样本

2蒙特卡罗分析

2.1事例选择

对带电的K/π径迹，应用dE/dx的测量信息和TOF的测量信息进行粒子鉴别。如果带电径迹满足CLπ>CLK的鉴别条件，则该带电径迹被鉴别为π介子径迹，其中，CLπ和CLK分别为π介子假设的置信度和K介子假设的置信度。对质子径迹、电子径迹和缪子径迹，利用dE/dx的测量信息、TOF的测量信息及EMC的测量信息进行粒子鉴别。如果带电径迹满足CLp>CLK和CLp>CLπ的鉴别条件，则带电径迹被鉴别为质子；如果带电径迹满足CLe>0.1%及相对权重CLe/(CLe+CLK+CLπ)>0.8，则带电径迹被鉴别为电子；如果带电径迹满足CLμ>0.1%、CLμ>CLe和CLμ>CLK，则带电径迹被鉴别为缪子；其中，CLp、CLe和CLμ分别为质子假设、电子假设和缪子假设的置信度。此外，为鉴别好光子压低噪声，要求好光子满足以下条件：①光子在桶部电磁量能器中的沉积能量大于25 MeV；②光子在端盖电磁量能器中的沉积能量大于50 MeV；③EMC的时间测量信息在0～14之间。

2.2单标记选择

对所有满足上述选择条件的事例，计算每个事例的束流能量Ebeam和末态粒子观测能量Etag之间的差异并标记为：ΔE=Ebeam-Etag；在1个候选事例中，如果有不止1种组合满足上述选择，则在该事例中仅保留|ΔE|值最小的组合。为提高观测信号的信噪比，要求事例组合满足|ΔE|<0.03 GeV的约束；如果该事例满足ΔE的判选条件，则进一步计算该事例的束流约束质量MBC。

3分析结果

3.1蒙特卡罗效率

3.2衰变分支比

(1)

4结论

参考文献

[1]Ping Rong Gang. Event generators at BES-Ⅲ[J]. Chinese Physics C， 2008，32:599.

[2]Particle Data Group Review of Particle Physics[J]. Chin Phys C， 2014,38:1-1676.

[3]Geant 4 Collaboration， Agostinelli S, et al. GEANT4: A Simulation toolkit， Nucl. Instrum. Methods， A， 2003，506:250303.

[4]邓子艳，曹国富，付成栋,等.面向对象的BES-Ⅲ探测器模拟系统[J].HEP & NP， 2006，5:371-375.

[5]Argus Collaboration, Albrecht if, et al. Search for hadronicb→udecays[J]. Phys Lett B, 1990,241:278-282.

LI Lei, MIN Han-yun, CHEN Jia-wen, FENG Jia-hua

(Beijing Institute of Petro-chemical Technology, Beijing 102617, China)

Abstract:We simulate measurements of the absolute branching fractions for meson semileptonic decays →Λe+νe and →Λμ+νμby analyzing the Monte Carlo events generated for , where the baryon pairs are set to automatically decay to all possible final states. These Monte Carlo events are simulated in the BES-III detector. Based on a full Monte Carlo simulation and full physics analysis, we study how well the absolute branching fractions for →Λe+νe and →Λμ+νμcan be measured with the data collected by the BES-III detector at the BEPC-II collider. It is found that we can measure these branching fractions at the accuracy levels of 4.5 (3.2)% and 5.7 (4.0)% with 9(20) fb-1data. These measurements will be of great importance in more precisely calibrating the LQCD calculation and testing the standard model.

Key words:charm baryon; Monte Carlo simulation; semileptonic decay; precision of measurement; branching fraction

收稿日期:2016-01-20

基金项目：国家自然科学基金项目(11505010)；北京市教育委员会科技计划一般项目(KM201610017009)；北京市自然科学基金项目(1132010)；北京市国家级大学生创新创业训练计划项目(2016J00001，2016J00062，2016J00154)。

作者简介：李蕾(1984—)，男，博士，讲师，研究方向为粒子物理，E-mail:lilei2014@bipt.edu.cn。

中图分类号：O572.21

文献标志码：A