Study of the doubly charmed tetraquark $${{{{{{\rm{T}}}}}}}_{{{{{{\rm{c}}}}}}{{{{{\rm{c}}}}}}}^{+}$$
Authors:   LHCb collaboration, Aaij R. , Abdelmotteleb A. S. W. , Beteta C. Abellán , Gallego F. J. Abudinen , Ackernley T. , Adeva B. , Adinolfi M. , Afsharnia H. , Agapopoulou C. , Aidala C. A. , Aiola S. , Ajaltouni Z. , Akar S. , Albrecht J. , Alessio F. , Alexander M. , Albero A. Alfonso , Aliouche Z. , Alkhazov G. , Cartelle P. Alvarez , Amato S. , Amey J. L. , Amhis Y. , An L. , Anderlini L. , Andreianov A. , Andreotti M. , Archilli F. , Artamonov A. , Artuso M. , Arzymatov K. , Aslanides E. , Atzeni M. , Audurier B. , Bachmann S. , Bachmayer M. , Back J. J. , Rodriguez P. Baladron , Balagura V. , Baldini W. , Leite J. Baptista , Barbetti M. , Barlow R. J. , Barsuk S. , Barter W. , Bartolini M. , Baryshnikov F. , Basels J. M. , Bashir S. , Bassi G. , Batsukh B. , Battig A. , Bay A. , Beck A. , Becker M. , Bedeschi F. , Bediaga I. , Beiter A. , Belavin V. , Belin S. , Bellee V. , Belous K. , Belov I. , Belyaev I. , Bencivenni G. , Ben-Haim E. , Berezhnoy A. , Bernet R. , Berninghoff D. , Bernstein H. C. , Bertella C. , Bertolin A. , Betancourt C. , Betti F. , Bezshyiko Ia , Bhasin S. , Bhom J. , Bian L. , Bieker M. S. , Bifani S. , Billoir P. , Birch M. , Bishop F. C. R. , Bitadze A. , Bizzeti A. , Bjørn M. , Blago M. P. , Blake T. , Blanc F. , Blusk S. , Bobulska D. , Boelhauve J. A. , Garcia O. Boente , Boettcher T. , Boldyrev A. , Bondar A. , Bondar N. , Borghi S. , Borisyak M. , Borsato M. , Borsuk J. T. , Bouchiba S. A. , Bowcock T. J. V. , Boyer A. , Bozzi C. , Bradley M. J. , Braun S. , Rodriguez A. Brea , Brodzicka J. , Gonzalo A. Brossa , Brundu D. , Buonaura A. , Buonincontri L. , Burke A. T. , Burr C. , Bursche A. , Butkevich A. , Butter J. S. , Buytaert J. , Byczynski W. , Cadeddu S. , Cai H. , Calabrese R. , Calefice L. , Diaz L. Calero , Cali S. , Calladine R. , Calvi M. , Gomez M. Calvo , Magalhaes P. Camargo , Campana P. , Quezada A. F. Campoverde , Capelli S. , Capriotti L. , Carbone A. , Carboni G. , Cardinale R. , Cardini A. , Carli I. , Carniti P. , Carus L. , Akiba K. Carvalho , Vidal A. Casais , Casse G. , Cattaneo M. , Cavallero G. , Celani S. , Cerasoli J. , Cervenkov D. , Chadwick A. J. , Chapman M. G. , Charles M. , Charpentier Ph , Chatzikonstantinidis G. , Barajas C. A. Chavez , Chefdeville M. , Chen C. , Chen S. , Chernov A. , Chobanova V. , Cholak S. , Chrzaszcz M. , Chubykin A. , Chulikov V. , Ciambrone P. , Cicala M. F. , Vidal X. Cid , Ciezarek G. , Clarke P. E. L. , Clemencic M. , Cliff H. V. , Closier J. , Cobbledick J. L. , Coco V. , Coelho J. A. B. , Cogan J. , Cogneras E. , Cojocariu L. , Collins P. , Colombo T. , Congedo L. , Contu A. , Cooke N. , Coombs G. , Corredoira I. , Corti G. , Sobral C. M. Costa , Couturier B. , Craik D. C. , Crkovská J. , Torres M. Cruz , Currie R. , Silva C. L. Da , Dadabaev S. , Dai L. , Dall’Occo E. , Dalseno J. , D’Ambrosio C. , Danilina A. , d’Argent P. , Davies J. E. , Davis A. , De Aguiar Francisco O. , De Bruyn K. , De Capua S. , De Cian M. , De Miranda J. M. , De Paula L. , De Serio M. , De Simone D. , De Simone P. , De Vellis F. , de Vries J. A. , Dean C. T. , Debernardis F. , Decamp D. , Dedu V. , Buono L. Del , Delaney B. , Dembinski H.-P. , Dendek A. , Denysenko V. , Derkach D. , Deschamps O. , Desse F. , Dettori F. , Dey B. , Cicco A. Di , Nezza P. Di , Didenko S. , Maronas L. Dieste , Dijkstra H. , Dobishuk V. , Dong C. , Donohoe A. M. , Dordei F. , dos Reis A. C. , Douglas L. , Dovbnya A. , Downes A. G. , Dudek M. W. , Dufour L. , Duk V. , Durante P. , Durham J. M. , Dutta D. , Dziurda A. , Dzyuba A. , Easo S. , Egede U. , Egorychev V. , Eidelman S. , Eisenhardt S. , Ek-In S. , Eklund L. , Ely S. , Ene A. , Epple E. , Escher S. , Eschle J. , Esen S. , Evans T. , Falabella A. , Fan J. , Fan Y. , Fang B. , Farry S. , Fazzini D. , Féo M. , Prieto A. Fernandez , Fernez A. D. , Ferrari F. , Lopes L. Ferreira , Rodrigues F. Ferreira , Sole S. Ferreres , Ferrillo M. , Ferro-Luzzi M. , Filippov S. , Fini R. A. , Fiorini M. , Firlej M. , Fischer K. M. , Fitzgerald D. S. , Fitzpatrick C. , Fiutowski T. , Fkiaras A. , Fleuret F. , Fontana M. , Fontanelli F. , Forty R. , Foulds-Holt D. , Lima V. Franco , Sevilla M. Franco , Frank M. , Franzoso E. , Frau G. , Frei C. , Friday D. A. , Fu J. , Fuehring Q. , Gabriel E. , Galati G. , Torreira A. Gallas , Galli D. , Gambetta S. , Gan Y. , Gandelman M. , Gandini P. , Gao Y. , Garau M. , Martin L. M. Garcia , Moreno P. Garcia , Pardiñas J. García , Plana B. Garcia , Rosales F. A. Garcia , Garrido L. , Gaspar C. , Geertsema R. E. , Gerick D. , Gerken L. L. , Gersabeck E. , Gersabeck M. , Gershon T. , Gerstel D. , Giambastiani L. , Gibson V. , Giemza H. K. , Gilman A. L. , Giovannetti M. , Gioventù A. , Gironell P. Gironella , Giubega L. , Giugliano C. , Gizdov K. , Gkougkousis E. L. , Gligorov V. V. , Göbel C. , Golobardes E. , Golubkov D. , Golutvin A. , Gomes A. , Fernandez S. Gomez , Abrantes F. Goncalves , Goncerz M. , Gong G. , Gorbounov P. , Gorelov I. V. , Gotti C. , Govorkova E. , Grabowski J. P. , Grammatico T. , Cardoso L. A. Granado , Graugés E. , Graverini E. , Graziani G. , Grecu A. , Greeven L. M. , Grieser N. A. , Grillo L. , Gromov S. , Cazon B. R. Gruberg , Gu C. , Guarise M. , Guittiere M. , Günther P. A. , Gushchin E. , Guth A. , Guz Y. , Gys T. , Hadavizadeh T. , Haefeli G. , Haen C. , Haimberger J. , Halewood-leagas T. , Hamilton P. M. , Hammerich J. P. , Han Q. , Han X. , Hancock T. H. , Hansen E. B. , Hansmann-Menzemer S. , Harnew N. , Harrison T. , Hasse C. , Hatch M. , He J. , Hecker M. , Heijhoff K. , Heinicke K. , Hennequin A. M. , Hennessy K. , Henry L. , Heuel J. , Hicheur A. , Hill D. , Hilton M. , Hollitt S. E. , Hou R. , Hou Y. , Hu J. , Hu J. , Hu W. , Hu X. , Huang W. , Huang X. , Hulsbergen W. , Hunter R. J. , Hushchyn M. , Hutchcroft D. , Hynds D. , Ibis P. , Idzik M. , Ilin D. , Ilten P. , Inglessi A. , Ishteev A. , Ivshin K. , Jacobsson R. , Jage H. , Jakobsen S. , Jans E. , Jashal B. K. , Jawahery A. , Jevtic V. , Jiang F. , John M. , Johnson D. , Jones C. R. , Jones T. P. , Jost B. , Jurik N. , Kadavath S. H. Kalavan , Kandybei S. , Kang Y. , Karacson M. , Karpov M. , Keizer F. , Keller D. M. , Kenzie M. , Ketel T. , Khanji B. , Kharisova A. , Kholodenko S. , Kirn T. , Kirsebom V. S. , Kitouni O. , Klaver S. , Kleijne N. , Klimaszewski K. , Kmiec M. R. , Koliiev S. , Kondybayeva A. , Konoplyannikov A. , Kopciewicz P. , Kopecna R. , Koppenburg P. , Korolev M. , Kostiuk I. , Kot O. , Kotriakhova S. , Kravchenko P. , Kravchuk L. , Krawczyk R. D. , Kreps M. , Kress F. , Kretzschmar S. , Krokovny P. , Krupa W. , Krzemien W. , Kucharczyk M. , Kudryavtsev V. , Kuindersma H. S. , Kunde G. J. , Kvaratskheliya T. , Lacarrere D. , Lafferty G. , Lai A. , Lampis A. , Lancierini D. , Lane J. J. , Lane R. , Lanfranchi G. , Langenbruch C. , Langer J. , Lantwin O. , Latham T. , Lazzari F. , Gac R. Le , Lee S. H. , Lefèvre R. , Leflat A. , Legotin S. , Leroy O. , Lesiak T. , Leverington B. , Li H. , Li P. , Li S. , Li Y. , Li Z. , Liang X. , Lin T. , Lindner R. , Lisovskyi V. , Litvinov R. , Liu G. , Liu H. , Liu Q. , Liu S. , Salvia A. Lobo , Loi A. , Castro J. Lomba , Longstaff I. , Lopes J. H. , Solino S. Lopez , Lovell G. H. , Lu Y. , Lucarelli C. , Lucchesi D. , Luchuk S. , Martinez M. Lucio , Lukashenko V. , Luo Y. , Lupato A. , Luppi E. , Lupton O. , Lusiani A. , Lyu X. , Ma L. , Ma R. , Maccolini S. , Machefert F. , Maciuc F. , Macko V. , Mackowiak P. , Maddrell-Mander S. , Madejczyk O. , Mohan L. R. Madhan , Maev O. , Maevskiy A. , Maisuzenko D. , Majewski M. W. , Malczewski J. J. , Malde S. , Malecki B. , Malinin A. , Maltsev T. , Malygina H. , Manca G. , Mancinelli G. , Manuzzi D. , Marangotto D. , Maratas J. , Marchand J. F. , Marconi U. , Mariani S. , Benito C. Marin , Marinangeli M. , Marks J. , Marshall A. M. , Marshall P. J. , Martelli G. , Martellotti G. , Martinazzoli L. , Martinelli M. , Santos D. Martinez , Vidal F. Martinez , Massafferri A. , Materok M. , Matev R. , Mathad A. , Matiunin V. , Matteuzzi C. , Mattioli K. R. , Mauri A. , Maurice E. , Mauricio J. , Mazurek M. , McCann M. , Mcconnell L. , Mcgrath T. H. , Mchugh N. T. , McNab A. , McNulty R. , Mead J. V. , Meadows B. , Meier G. , Meinert N. , Melnychuk D. , Meloni S. , Merk M. , Merli A. , Garcia L. Meyer , Mikhasenko M. , Milanes D. A. , Millard E. , Milovanovic M. , Minard M.-N. , Minotti A. , Minzoni L. , Mitchell S. E. , Mitreska B. , Mitzel D. S. , Mödden A. , Mohammed R. A. , Moise R. D. , Mokhnenko S. , Mombächer T. , Monroy I. A. , Monteil S. , Morandin M. , Morello G. , Morello M. J. , Moron J. , Morris A. B. , Morris A. G. , Mountain R. , Mu H. , Muheim F. , Mulder M. , Müller D. , Müller K. , Murphy C. H. , Murray D. , Muzzetto P. , Naik P. , Nakada T. , Nandakumar R. , Nanut T. , Nasteva I. , Needham M. , Neri I. , Neri N. , Neubert S. , Neufeld N. , Newcombe R. , Niel E. M. , Nieswand S. , Nikitin N. , Nolte N. S. , Normand C. , Nunez C. , Oblakowska-Mucha A. , Obraztsov V. , Oeser T. , O’Hanlon D. P. , Okamura S. , Oldeman R. , Oliva F. , Olivares M. E. , Onderwater C. J. G. , O’neil R. H. , Goicochea J. M. Otalora , Ovsiannikova T. , Owen P. , Oyanguren A. , Padeken K. O. , Pagare B. , Pais P. R. , Pajero T. , Palano A. , Palutan M. , Pan Y. , Panshin G. , Papanestis A. , Pappagallo M. , Pappalardo L. L. , Pappenheimer C. , Parker W. , Parkes C. , Passalacqua B. , Passaleva G. , Pastore A. , Patel M. , Patrignani C. , Pawley C. J. , Pearce A. , Pellegrino A. , Altarelli M. Pepe , Perazzini S. , Pereima D. , Castro A. Pereiro , Perret P. , Petric M. , Petridis K. , Petrolini A. , Petrov A. , Petrucci S. , Petruzzo M. , Pham T. T. H. , Pica L. , Piccini M. , Pietrzyk B. , Pietrzyk G. , Pili M. , Pinci D. , Pisani F. , Pizzichemi M. , Resmi P. K. , Placinta V. , Plews J. , Casasus M. Plo , Polci F. , Lener M. Poli , Poliakova M. , Poluektov A. , Polukhina N. , Polyakov I. , Polycarpo E. , Ponce S. , Popov D. , Popov S. , Poslavskii S. , Prasanth K. , Promberger L. , Prouve C. , Pugatch V. , Puill V. , Pullen H. , Punzi G. , Qi H. , Qian W. , Qin J. , Qin N. , Quagliani R. , Quintana B. , Raab N. V. , Trejo R. I. Rabadan , Rachwal B. , Rademacker J. H. , Rama M. , Pernas M. Ramos , Rangel M. S. , Ratnikov F. , Raven G. , Reboud M. , Redi F. , Reiss F. , Alepuz C. Remon , Ren Z. , Renaudin V. , Ribatti R. , Ricciardi S. , Rinnert K. , Robbe P. , Robertson G. , Rodrigues A. B. , Rodrigues E. , Lopez J. A. Rodriguez , Rodriguez E. R. R. Rodriguez , Rollings A. , Roloff P. , Romanovskiy V. , Lamas M. Romero , Vidal A. Romero , Roth J. D. , Rotondo M. , Rudolph M. S. , Ruf T. , Fernandez R. A. Ruiz , Vidal J. Ruiz , Ryzhikov A. , Ryzka J. , Silva J. J. Saborido , Sagidova N. , Sahoo N. , Saitta B. , Salomoni M. , Gras C. Sanchez , Santacesaria R. , Rios C. Santamarina , Santimaria M. , Santovetti E. , Saranin D. , Sarpis G. , Sarpis M. , Sarti A. , Satriano C. , Satta A. , Saur M. , Savrina D. , Sazak H. , Smead L. G. Scantlebury , Scarabotto A. , Schael S. , Scherl S. , Schiller M. , Schindler H. , Schmelling M. , Schmidt B. , Schmitt S. , Schneider O. , Schopper A. , Schubiger M. , Schulte S. , Schune M. H. , Schwemmer R. , Sciascia B. , Sellam S. , Semennikov A. , Soares M. Senghi , Sergi A. , Serra N. , Sestini L. , Seuthe A. , Shang Y. , Shangase D. M. , Shapkin M. , Shchemerov I. , Shchutska L. , Shears T. , Shekhtman L. , Shen Z. , Shevchenko V. , Shields E. B. , Shimizu Y. , Shmanin E. , Shupperd J. D. , Siddi B. G. , Coutinho R. Silva , Simi G. , Simone S. , Skidmore N. , Skwarnicki T. , Slater M. W. , Slazyk I. , Smallwood J. C. , Smeaton J. G. , Smetkina A. , Smith E. , Smith M. , Snoch A. , Soares M. , Lavra L. Soares , Sokoloff M. D. , Soler F. J. P. , Solovev A. , Solovyev I. , De Almeida F. L. Souza , De Paula B. Souza , Spaan B. , Norella E. Spadaro , Spradlin P. , Stagni F. , Stahl M. , Stahl S. , Stanislaus S. , Steinkamp O. , Stenyakin O. , Stevens H. , Stone S. , Straticiuc M. , Strekalina D. , Suljik F. , Sun J. , Sun L. , Sun Y. , Svihra P. , Swallow P. N. , Swientek K. , Szabelski A. , Szumlak T. , Szymanski M. , Taneja S. , Tanner A. R. , Tat M. D. , Terentev A. , Teubert F. , Thomas E. , Thompson D. J. D. , Thomson K. A. , Tisserand V. , T’Jampens S. , Tobin M. , Tomassetti L. , Tong X. , Machado D. Torres , Tou D. Y. , Trifonova E. , Trippl C. , Tuci G. , Tully A. , Tuning N. , Ukleja A. , Unverzagt D. J. , Ursov E. , Usachov A. , Ustyuzhanin A. , Uwer U. , Vagner A. , Vagnoni V. , Valassi A. , Valenti G. , Canudas N. Valls , van Beuzekom M. , Dijk M. Van , van Herwijnen E. , Van Hulse C. B. , van Veghel M. , Gomez R. Vazquez , Regueiro P. Vazquez , Sierra C. Vázquez , Vecchi S. , Velthuis J. J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Veronesi M. , Vesterinen M. , Vieira D. , Diaz M. Vieites , Viemann H. , Vilasis-Cardona X. , Figueras E. Vilella , Villa A. , Vincent P. , Volle F. C. , Bruch D. Vom , Vorobyev A. , Vorobyev V. , Voropaev N. , Vos K. , Waldi R. , Walsh J. , Wang C. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang M. , Wang R. , Wang Y. , Wang Z. , Wang Z. , Wang Z. , Ward J. A. , Watson N. K. , Weber S. G. , Websdale D. , Weisser C. , Westhenry B. D. C. , White D. J. , Whitehead M. , Wiederhold A. R. , Wiedner D. , Wilkinson G. , Wilkinson M. , Williams I. , Williams M. , Williams M. R. J. , Wilson F. F. , Wislicki W. , Witek M. , Witola L. , Wormser G. , Wotton S. A. , Wu H. , Wyllie K. , Xiang Z. , Xiao D. , Xie Y. , Xu A. , Xu J. , Xu L. , Xu M. , Xu Q. , Xu Z. , Xu Z. , Yang D. , Yang S. , Yang Y. , Yang Z. , Yang Z. , Yao Y. , Yeomans L. E. , Yin H. , Yu J. , Yuan X. , Yushchenko O. , Zaffaroni E. , Zavertyaev M. , Zdybal M. , Zenaiev O. , Zeng M. , Zhang D. , Zhang L. , Zhang S. , Zhang S. , Zhang Y. , Zhang Y. , Zharkova A. , Zhelezov A. , Zheng Y. , Zhou T. , Zhou X. , Zhou Y. , Zhovkovska V. , Zhu X. , Zhu X. , Zhu Z. , Zhukov V. , Zonneveld J. B. , Zou Q. , Zucchelli S. , Zuliani D. , Zunica G. 
Published: June 2022

Quantum chromodynamics, the theory of the strong force, describes interactions of coloured quarks and gluons and the formation of hadronic matter. Conventional hadronic matter consists of baryons and mesons made of three quarks and quark-antiquark pairs, respectively. Particles with an alternative quark content are known as exotic states. Here a study is reported of an exotic narrow state in the D0D0π+ mass spectrum just below the D*+D0 mass threshold produced in proton-proton collisions collected with the LHCb detector at the Large Hadron Collider. The state is consistent with the ground isoscalar $${{{{{{\rm{T}}}}}}}_{{{{{{\rm{c}}}}}}{{{{{\rm{c}}}}}}}^{+}$$

T

c
c

+

tetraquark with a quark content of $${{{{{\rm{c}}}}}}{{{{{\rm{c}}}}}}\overline{{{{{{\rm{u}}}}}}}\overline{{{{{{\rm{d}}}}}}}$$
c
c

u

¯

d

¯

and spin-parity quantum numbers JP = 1+. Study of the DD mass spectra disfavours interpretation of the resonance as the isovector state. The decay structure via intermediate off-shell D*+ mesons is consistent with the observed D0π+ mass distribution. To analyse the mass of the resonance and its coupling to the D*D system, a dedicated model is developed under the assumption of an isoscalar axial-vector $${{{{{{\rm{T}}}}}}}_{{{{{{\rm{c}}}}}}{{{{{\rm{c}}}}}}}^{+}$$

T

c
c

+

state decaying to the D*D channel. Using this model, resonance parameters including the pole position, scattering length, effective range and compositeness are determined to reveal important information about the nature of the $${{{{{{\rm{T}}}}}}}_{{{{{{\rm{c}}}}}}{{{{{\rm{c}}}}}}}^{+}$$

T

c
c

+

state. In addition, an unexpected dependence of the production rate on track multiplicity is observed.