分析Belle實驗中純粹四體生成e^+ e^-→D^(*±) D^∓ π^+ π^-及e^+ e^-→D^(*+) D^(*-) π^+ π^-

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研究生：	連展慶 LIEN, CHAN-CHING
論文名稱：	分析Belle實驗中純粹四體生成e^+ e^-→D^(±) D^∓ π^+ π^-及e^+ e^-→D^(+) D^(*-) π^+ π^-
指導教授：	陳鎰鋒 CHEN, A. E.
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 物理學系 Department of Physics
論文出版年：	2019
畢業學年度：	107
語文別：	中文
論文頁數：	73
中文關鍵詞：	粲粒子、四體生成
外文關鍵詞：	Charm meson, four body production
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使用完整重建方法來分析終態為D^(*±) D^∓ π^+ π^-和D^(*+) D^(*-) π^+ π^-的四體反應，兩種分析得到截面積之後，再與二體、三體比較。1.比較直接二體(exclusive two body)、直接三體(exclusive three body)、直接四體(exclusive four body)觀察其截面積變化之規律性；2. 比較vector/pseudoscalar截面積比值如何隨二體、三體、四體的變化；3.觀察D^(*±)生成角度(production angle distribution)，以及在D^(*±)衰變角分佈(Helicity angle distribution)，二體、三體、四體比較分佈的變化，並歸納出D^(*±)可能產生機制。歸納以上述三種的規律性，藉此幫助我們釐清粒子發生過程。

在高能物理分析中，我們使用到蒙地卡羅法(Monte Carlo method)的模擬得出探測器的效率再往回推算真實事件數，或是將模擬的結果和實驗數據做比較，了解分析數據中的物理現象甚至更進一步改善往後的模擬，蒙地卡羅法模擬常用兩種物理模型Pythia與Herwig(KEK使用Pythia模擬)預測粒子的生成情形，我們想知道哪種模型更符合實驗數據，以此為動機研究理解更多粒子生成的機制。

We use full reconstruction for analyze 4-body D^(*±) D^∓ π^+ π^- and D^(*+) D^(*-) π^+ π^- events, then compare 2-body, 3-body, 4-body to answer: 1. Exclusive 2-body, exclusive 3-body, exclusive 4-body cross sections and deduce their regularity. 2. How does the vector/pseudoscalar ratio change with the exclusive 2-body, exclusive 3-body, exclusive 4-body processes. 3. Observe the D^* production angle distribution and D^* helicity angle distribution and explain process of production. Answer these questions can help us to clarify production rules and mechanism of particle generation.

In analysis of high energy physics, we use Monte Carlo simulation to get detector efficiency then calculate the number of real events, or compare simulation with real data. In this way we hope to improve future simulations and deeper understanding of its physical phenomenon in analysis. In Monte Carlo simulation, there are two common accepted physics models to predict particle generation, namely Herwig and Pythia (Pythia is adopted in our Belle experiment analysis). Which model is better description for data of Belle experiment, that’s the motivation we want to study “Mechanism of particle generation”.

摘要    i
Abstract    ii
誌謝    iii
目錄    iv
圖目錄    vi
表目錄    ix
簡介    1
介紹KEK加速器與Belle探測器    4
1高能加速器KEK    4
2 Belle探測器    5
Belle數據的篩選    6
1 Skim Belle Data篩選    6
2純粹D^(*±) D^∓ π^+ π^-及D^(*+) D^(*-) π^+ π^-事件分析    7
2.1篩選軌跡與重建四體的方法    7
2.2 PID(Particle Identification)    7
2.3四體事件的重建與篩選    7
2.4 ∆E的定義    11
3純粹D^(*±) D^∓ π^+ π^-數據分析    11
3.1篩選純粹 e^+ e^-→D^(*±) D^∓ π^+ π^- 事件    11
3.2篩選純粹 e^+ e^-→D^(*+) D^(*-) π^+ π^- 事件    13
Monte Carlo模擬    16
1模擬 D^(*±) D^∓ π^+ π^-    17
1.1模擬 D^(*±) D^∓ π^+ π^-事件中粒子的質量分佈    17
2模擬 D^(*+) D^(*-) π^+ π^-    19
2.1模擬 D^(*+) D^(*-) π^+ π^-事件中粒子的質量分佈    19
物理分析    21
1 X_p的定義    21
2.1分析四體的X_p分佈    22
2.2四體事件中X_p實驗數據與Monte Carlo之比較    24
3四體事件的拓樸分佈分析    26
4計算反應截面    31
4.1計算純粹 D^(*±) D^∓ π^+ π^-事件的重建效率    33
4.2計算純粹 D^(*+) D^(*-) π^+ π^-事件的重建效率    34
4.3四體反應截面分析    35
5分析D^(*±) D^∓ π^+ π^-反應中D^(*±)的極化    36
5.1 D^(*±) D^∓ π^+ π^-反應中D^*螺旋角分布    36
5.2 D^(*±) D^∓ π^+ π^-反應中D^*的生成角分布    38
結論與未來展望    40
1比較純粹二體、三體、四體的反應截面    40
2 Vector與Pseudoscalar的比較    40
3比較二體與四體反應中D^*的極化    41
4未來展望    42
附錄A角度分佈的定義及篩選範圍    43
附錄B D^* Dππ、D^* D^* ππ 四體生成事件中的共振態總整理    47
附錄C分析 D^* Dkk、D^* D^* kk 及未來展望    55
參考文獻    59

                                

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