gev能区r值精确测量和qcd实验研究

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1、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）实验物理中心R组课题摘要当前及今后相当长的时期内，最为人们关注的高能物理前沿课题是对微观粒子相互作用标准模型（弱电规范理论及量子色动力学）的精确检验和对新物理现象的探索。本项目的研究成果将：²对电磁跑动耦合常数、缪子反常磁矩的精确理论计算及对Higgs粒子质量的标准模型拟合提供更精确的R测量值。²在2-3GeV能区获取大的连续强子样本，测量各种连续强子产生谱，对QCD的预言作出实验检验，填补这一能区缺乏精确实验结果的空白，为QCD非微扰问题的最终解决提供物理参数

2、和边界条件。²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。课题物理意义l量子色动力学（QCD）作为强相互作用的唯一侯选理论，对强相互作用和强子产生性质的研究取得了很大的成功。但由于QCD的非Abel规范的渐进自由本质，QCD微扰论只能计算强作用过程中大动量转移的夸克和胶子相，而不能给出与实验测量结果直接相联系的从初始夸克形成到末态强子产生全强作用过程的理论计算。l由于高能物理发展的历史原因（如追求发现新物理的需要加速器能量迅速提高和QCD在高能区微扰计算的可靠性等），人

3、们对高能区（Ecm>10GeV）的理论和实验研究（如TASSO,PETRA,LEP）是比较充分的。高能反应中，微扰QCD过程（硬过程）占整个强子化过程的主导地位，反应末态保持了微扰演化的明显特征（喷注性、标度性、弦效应等），特殊反应道的非微扰强子化机制对事例末态不起很强的决定作用。用修正的领头对数近似(MLLA)及局域部分子-强子二重性(LPHD)等方法，已能对强子末态的某些分布作出定量的计算。高能区实验已成功地检验了QCD的一些基本预言。l关于微扰QCD适用范围是倍受关注的理论问题，一些迹象显示微扰QCD可以较可靠地预言至1.8-2Ge

4、V的强相互作用，但还需要作更多更精确的实验研究。2-3GeV能区的测量为强相互作用的完整性质研究提供了不可替代的实验领域。l2-3GeV能区反应过程的特点是相互作用的典型能标位于微扰QCD适用能区的低端，属于“半软”过程，非微扰强子化机制对实验观测到的反应末态分布起非常重要的决定作用，而且显著改变(washout)了微扰相互作用的特征。MLLA是在一定的高能近似假设下导出的，一般认为这些近似假设在2-3GeV能区并不能很好地得到满足。但也有理论家认为，基于QCD的MLLA能对1-91GeV全能区的实验数据给出非常满意的描述。如果精确测量确

5、定了实验结果与MLLA之间的偏离，就意味着必须计算更高阶修正的贡献。l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是BEPC/BES能作出贡献的“专利”能区窗口。DAFNEVEPP2000BEPCCLEO-cEcm(GeV)0.5-1.40.5-2.02-53-12Luminosity50(500)1000.2-5500l在BES的R值测量结果发表以后，国际上一些实验组已在准备或正在进行中低能区更高精度的值测量，如俄罗斯的CMD-2/VEPP-M实验（

6、反应能量，精度约为）,CMD-2M/VEPP-2000实验（，精度约为），意大利的DAFNEe+e-对撞机上的KLOE实验（，精度约为）等。计划中CLEO-c实验（2003年）准备采用两种方法测量值，即常规逐点扫描（，误差）和利用辐射事例（，预计误差），SLAC的（预计2005年）PEP-N实验（，精度为）的R值精细扫描测量（精度约）。其它实验组的R值测量精度目标提高了到新的水平，要求BEPC/BES必须进行新一轮具有与其它低能区实验同等精度水平的R值测量，这BEPC/BES所面临的新机遇和新挑战。l结合BEPC在2-3GeV的能区优势和

7、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，并考虑到在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，在若干个能量点上获取目前世界上2-3GeV能区最大的连续强子样本，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。课题的内容ØR值的高精度测量在微扰论适用的能量范围，QCD给出计算到两圈修正的值随能量变化的预言。在2-3GeV能区，BES的测量值与在误差范围内相一致。在2.8-3GeV能量附近，测量值与的中心值几乎完全重合，但这样的吻合是否是在实验误差水平下的巧合，还是

8、理论和实验的真正符合还需要进一步提高实验精度。而在2.2-2.7GeV附近，原GAMMA2给出的实验测量值远高于微扰QCD的预言值，BES的结果虽比GAMMA2测量值小，但比QCD预言值还高近