2-3GeV能区 R值精确测量和 QCD实验研究

（国家自然科学基金重大项目子课题）胡海明

实验物理中心R组 

课题目标 在 2-3GeV 能区获取世界上最大的连续强子样

本，高精度地测量 R 值和各种连续区强子产生谱，填补这一能区缺乏精确实验结果的空白。

为 BESIII 的物理做软件准备，例如，建立和完善适用于 2-3GeV 能区的可靠的强子化模型，确定模型的各唯象参数等。

课题的物理意义2-3GeV 能区强子谱的测量为 QCD 非微

扰强子化性质研究提供了不可替代的实验领域。

对 QCD 的预言作出实验检验，为 QCD非微扰问题的最终解决提供物理参数和边界条件。

中低能区运行的加速器 DAFNE VEPP

2000

BEPC CLEO-c

Ecm

(GeV)

0.5 – 1.4 0.5 –2.0 2 –5 3 – 12

Luminosity

(102cm-2s-1) 50(->500)

100 0.2 – 5 500

中低能区的近期 R 值实验 Ecm(GeV) 预计精度CMD-2/VEPP-M < 1.4 ~ 1%CMD-2M/VEPP-M < 2.0 ~ 1%DAFNE <1.4 ~ 1%CLEO-c( 逐点扫描 ) 3.5 – 5.0 ~ 2%CLEO-c( 辐射事例 ) 1.0 – 3.0 < 5% BEPC/BES 2.0 – 3.0 3 – 5 %

当其它实验组的中低能区 R 值测量精度目标达到新的水平，迫使 BES必须进行新一轮具有同等精度水平的 R 值测量，这是 BES 实验物理在今后 4 -- 5 年内 ( 在 BEPCII/BESIII 之前 ) 所面临的新机遇和挑战。

国际竞争 中低能区实验一直是国际高能物理界相互合作和激烈竞争的领域。 BEPC 是目前世界上唯一能在 2-3eV 能量下运行的加速器，因而 2-3GeV 能区是 BEPC/BES 对 R 值测量、QCD 研究和标准模型的检验作出特殊贡献的“专利”能区窗口。

国际关注SIGHAD03会议主席M.Incagli教授 G.Venanzoni教授邀请

BES合作组在“Measurement of the hadronic cross section

at low energies”会议（ Oct.8-10, Pisa, Italy）作报告：

“In particular, the measurements performed at the collider BEPC and the future plans are of the relevant interest for the community. Therefore we ask you to give a presentation of these results and on the perspectives of the BES experiment at the workshop”

总体思路 根据 BEPC 的能区优势和特点，以及当前所关注的和尚未很好解决的理论和实验问题，考虑到在BES 上实验的可行性，借鉴 BES 物理取得重要成就（如 R 值测量）的经验，在 2-3GeV 能区若干个能量点上获取目前世界上最大的连续区强子样本，可以进行多方面的中低能区强子产生性质的实验和理论研究，得到丰富的及影响广泛的物理结果。

课题内容 R 值的高精度测量及 s(s) 测定 （预计可以有 1 篇英文文章） 末态强子单举谱分布 （预计可以有 1 篇英文文章） 遍举强子产生截面（形状因子） （预计可以有 1 篇英文文章） 多重数分布 （预计可以有 1 篇中文文章） 运动学和动力学关联 （预计可以有 1 篇英文文章） Bose-Einstein关联 （预计可以有 1 篇英文文章） 末态强子谱相空间可能的分形结构（预计可以有 1 篇中文文章） 唯象强子化模型极其参数的确定 （应用于 BES 物理分析）

总计应有 5 篇以上文章

03-04 取数计划 (60 天 )Ecm Nhad Loff (nb-1) Dating(h/

d)Running(h/d)

2.2 2,000 83.2 113 / 4.7 165 / 6.9

2.6 20,000 1011.6 446 / 18.6 826 / 34.4

3.0 20,000 1322.6 308 / 12.6 467 / 19.4

Σ 42,000 2417.4 867 / 35.9 1458 / 60.8

某些遍举道的事例数Ecm(GeV)

hadrons event

old new

ππππ

σ (nb) Nobs

ppbar

σ (nb) Nobs

2.2 1444 / 2,000 3.03 52 / 72

0.47 19 / 26

2.6 1734 / 20,000

7161 20,000

1.45 88 / 1015 0.05 1 / 11

12 / 33

3.0 2055 / 20,000

17,000 / 20,000

0.47 16 / 156 0.01 1 / 10

5 / 6

R99 数据对某些道产生截面的分析结果 (nb)

Ecm +-+- +- K+K- +-+-0 +-00 +- K+K-

2.2 2.89

±0.41

±0.54

<0.56 <0.75 <2.8 <11.9 1.28

± 0.43

±0.29

2.6 1.21

±0.11

±0.30

<0.054 <0.091 1.34

±0.29

±0.30

1.83

±0.58

±0.41

0.41

±0.09

±0.09

3.0 0.46

±11

±0.15

<0.080 <0.14 1.34

±0.47

±0.30

<2.2 0.30

±0.12

±0.07

ξ 分布误差情况 (3GeV)

bin 1 2 3 4 5

cut 6.102 5.18 4.40 3.63 2.25

stat 6.42 6.42 6.77 6.12 5.51

mod 14.46 0.708 0.77 3.80 6.11

jet 0.10 0.17 0.17 2.54 1.28

tot 16.96 8.28 8.11 8.46 8.63

ξ 分布误差情况 (3GeV)

bin 6 7 8 9 10

cut 3.68 2.82 3.34 3.31 3.73

stat 5.00 5.04 4.89 4.76 4.78

mod 2.86 2.16 2.38 3.45 1.08

jet 0.92 0.80 1.31 0.51 0.298

tot 6.896 6.21 6.51 6.76 6.17

ξ 分布误差情况 (3GeV)

bin 11 12 13 14 15

cut 2.63 2.40 3.41 4.56 2.71

stat 4.76 4.90 4.90 5.45 5.66

mod 0.63 0.88 0.67 2.58 0.42

jet 1.86 0.33 1.87 1.66 1.60

tot 5.78 5.53 6.29 7.74 6.49

ξ 分布误差情况 (3GeV)

bin 16 17 18 19 20

cut 4.19 3.50 5.38 5.74 5.87

stat 6.19 6.50 7.13 7.88 8.94

mod 4.15 3.24 3.15 6.03 10.42

jet 1.36 0.90 1.96 1.04 4.62

tot 8.66 8.11 9.67 11.51 15.63

ξ 分布误差情况 (3GeV)

bin 21 22 23 24 25

cut 6.72 11.28 15.73 9.04 14.92

stat 9.25 11.40 12.91 15.81 21.32

mod 11.62 10.87 16.18 12.69 15.23

jet 1.89 0.25 8.09 3.83 5.42

tot 16.41 19.37 27.23 22.52 30.63

R 值测量各分项粗略误差估计能量(Gev)

强子数

选择sys

亮度sys

ISR

效率sys

触发sys

强子stat

亮度stat

误差sys

误差stat

总误差

2.2

1444

2000

5.54

4

2.19

2

1.29

1

3.49

2

0.5

0.5

2.63

1

1.17

1.0

7.04

5.0

2.88

2.2

7.61

5.5

2.6

1734

20000

4.43

2

2.47

1

1.26

1

3.83

2

0.5

0.5

2.40

0.7

1.26

0.4

6.50

3.3

2.71

0.8

7.04

3.6

3.0

2055

20000

3.30

2

2.30

1

1.32

1

2.66

2

0.5

0.5

2.21

0.7

1.15

0.4

5.02

3.3

2.49

0.8

5.61

3.4

结论 BESII 的中低能区强子产生实验是受国际关注的（ BEP

C/BESII 是唯一运行在 2-3GeV 能区的设备）

在 2.2 ， 2.6和 3.0GeV 能量点取数对中低能区的 QCD实验研究是必须的（不仅可以测量重要的物理量在各能量点的数值，还可以给出它们随能量的变化规律）

获取大强子样本是必要的（可以进行多个重要项目，可以有效地减小测量结果的统计误差和强子产生模型的系统误差，为 BESIII 的物理模型和基础软件作准备）

预期产出 /投入比是较高的（估计能发表 5-7篇文章）

在 BESII 上取数是迫切的（在 BESIII 之前有几个实验组在进行 2GeV 以下能区的实验， QCD 的完整研究需要结合 BESII 的数据）