Study of the psi(2)(3823) and chi(c1)(3872) states in B+->(J/psi pi(+)pi(-))K(+)decays



Aaij, R, Beteta, C Abellan, Ackernley, T, Adeva, B, Adinolfi, M, Afsharnia, H, Aidala, CA, Aiola, S, Ajaltouni, Z, Akar, S
et al (show 918 more authors) (2020) Study of the psi(2)(3823) and chi(c1)(3872) states in B+->(J/psi pi(+)pi(-))K(+)decays. The Journal of High Energy Physics, 2020 (8). 123-.

Access the full-text of this item by clicking on the Open Access link.
[thumbnail of Aaij2020_Article_StudyOfTheΨ23823AndΧc13872Stat.pdf] Text
Aaij2020_Article_StudyOfTheΨ23823AndΧc13872Stat.pdf - Published version

Download (703kB) | Preview

Abstract

<jats:title>A<jats:sc>bstract</jats:sc></jats:title><jats:p>The decays B<jats:sup>+</jats:sup><jats:italic>→</jats:italic>J<jats:italic>/</jats:italic>ψπ<jats:sup>+</jats:sup>π<jats:sup><jats:italic>−</jats:italic></jats:sup>K<jats:sup>+</jats:sup>are studied using a data set corresponding to an integrated luminosity of 9 fb<jats:sup><jats:italic>−</jats:italic>1</jats:sup>collected with the LHCb detector in proton-proton collisions between 2011 and 2018. Precise measurements of the ratios of branching fractions with the intermediate ψ<jats:sub>2</jats:sub>(3823), χ<jats:sub>c1</jats:sub>(3872) and ψ(2S) states are reported. The values are<jats:disp-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$ {\displaystyle \begin{array}{c}\frac{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to {\uppsi}_2(3823){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\uppsi_2(3823)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}(3872){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}=\left(3.56\pm 0.67\pm 0.11\right)\times {10}^{-2},\\ {}\frac{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to {\uppsi}_2(3823){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\uppsi_2(3823)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to \uppsi \left(2\mathrm{S}\right){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\uppsi \left(2\mathrm{S}\right)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}=\left(1.31\pm 0.25\pm 0.04\right)\times {10}^{-3},\\ {}\frac{{\mathcal{B}}_{\mathrm{B}+\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}(3872){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to \uppsi \left(2\mathrm{S}\right){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\uppsi \left(2\mathrm{S}\right)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}=\left(3.69\pm 0.07\pm 0.06\right)\times {10}^{-2},\end{array}} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:maligngroup /><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3823</mml:mn></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3823</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ψπ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3872</mml:mn></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3872</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ψπ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>3.56</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.67</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.11</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:maligngroup /><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3823</mml:mn></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3823</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ψπ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ψπ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>1.31</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.04</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:maligngroup /><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3872</mml:mn></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3872</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ψπ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ψπ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>3.69</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.07</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.06</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></jats:alternatives></jats:disp-formula></jats:p><jats:p>where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. The decay of B<jats:sup>+</jats:sup><jats:italic>→</jats:italic>ψ<jats:sub>2</jats:sub>(3823)K<jats:sup>+</jats:sup>with ψ<jats:sub>2</jats:sub>(3823)<jats:italic>→</jats:italic>J<jats:italic>/</jats:italic>ψπ<jats:sup>+</jats:sup>π<jats:sup><jats:italic>−</jats:italic></jats:sup>is observed for the first time with a significance of 5.1 standard deviations. The mass differences between the ψ<jats:sub>2</jats:sub>(3823), χ<jats:sub>c1</jats:sub>(3872) and ψ(2S) states are measured to be</jats:p><jats:p><jats:disp-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$ {\displaystyle \begin{array}{c}{m}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)}-{m}_{\uppsi_2(3823)}=47.50\pm 0.53\pm 0.13\;\mathrm{MeV}/{c}^2,\\ {}{m}_{\uppsi_2(3823)}-{m}_{\uppsi_2\left(2\mathrm{S}\right)}=137.98\pm 0.53\pm 0.14\;\mathrm{MeV}/{c}^2,\\ {}{m}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)}-{m}_{\uppsi_2\left(2\mathrm{S}\right)}=185.49\pm 0.06\pm 0.03\;\mathrm{MeV}/{c}^2,\end{array}} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:maligngroup /><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3872</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3823</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>47.50</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.53</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.13</mml:mn><mml:mspace /><mml:mi>MeV</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:maligngroup /><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3823</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>137.98</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.53</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.14</mml:mn><mml:mspace /><mml:mi>MeV</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:maligngroup /><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3872</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>185.49</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.06</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.03</mml:mn><mml:mspace /><mml:mi>MeV</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></jats:alternatives></jats:disp-formula></jats:p><jats:p>resulting in the most precise determination of the χ<jats:sub>c1</jats:sub>(3872) mass. The width of the ψ<jats:sub>2</jats:sub>(3823) state is found to be below 5.2 MeV at 90% confidence level. The Breit-Wigner width of the χ<jats:sub>c1</jats:sub>(3872) state is measured to be</jats:p><jats:p><jats:disp-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$ {\Gamma}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)}^{\mathrm{BW}}={0.96}_{-0.18}^{+0.19}\pm 0.21\;\mathrm{MeV} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3872</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mi>BW</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>0.96</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>0.18</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.19</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.21</mml:mn><mml:mspace /><mml:mi>MeV</mml:mi></mml:math></jats:alternatives></jats:disp-formula></jats:p><jats:p>which is inconsistent with zero by 5.5 standard deviations.</jats:p>

Item Type: Article
Uncontrolled Keywords: B physics, Branching fraction, Hadron-Hadron scattering (experiments), Quarkonium, Spectroscopy
Depositing User: Symplectic Admin
Date Deposited: 28 Sep 2020 09:00
Last Modified: 14 Mar 2024 23:09
DOI: 10.1007/JHEP08(2020)123
Open Access URL: http://doi.org/10.1007/JHEP08(2020)123
Related URLs:
URI: https://livrepository.liverpool.ac.uk/id/eprint/3102833