利用强子末态衰变研究 LHCb 实验中的粲偶素产生

对粲偶素性质和产生机制的研究始于 $J/\psi$ 介子的发现。四十多年来，粲偶素的产生机制仍未被完全理解。在 $e^+e^-$ 机器上的研究时代之后，如今粲偶素态在强子对撞机中被大量产生，这使得对其共振参数、产生观测量和衰变的系统研究成为可能。尽管产生率很高，许多粲偶素态由于在大本底水平下重建的复杂性而鲜有研究。LHCb 实验提供了一个独特的机会，利用其到强子的衰变来研究 S 波和 P 波粲偶素态。这使得测量 $\eta_c$ 和 $\chi_c$ 粲偶素态的产生观测量成为可能。根据非相对论 QCD（NRQCD）的理论形式，相同波粲偶素态的产生观测量是相互关联的。因此，LHCb 的测量提供了一系列对 NRQCD 的严格检验。在本论文框架内，首次测量了 $\eta_c(1S)$ 在 $\sqrt{s}=13\,TeV$ 下的微分产生截面，并进行了迄今最精确的单质量测量，其中 $\eta_c(1S)$ 态通过其到 $p\bar{p}$ 的衰变重建。此外，利用到 $\phi\phi$ 的衰变研究了 $b$ 强子衰变中 $\chi_c$ 和 $\eta_c(2S)$ 态的产生。所得结果与现有理论预言进行了对比。原始唯象分析得出结论：在全部横动量范围内对粲偶素直接产生和含 $b$ 强子衰变中产生的描述仍是一项挑战。