Near-threshold $$ \mathrm{D}\overline{\mathrm{D}} $$ spectroscopy and observation of a new charmonium state
Authors:   The LHCb collaboration, Aaij R. , Abellán Beteta C. , Adeva B. , Adinolfi M. , Aidala C. A. , Ajaltouni Z. , Akar S. , Albicocco P. , Albrecht J. , Alessio F. , Alexander M. , Alfonso Albero A. , Alkhazov G. , Alvarez Cartelle P. , Alves A. A. , Amato S. , Amhis Y. , An L. , Anderlini L. , Andreassi G. , Andreotti M. , Andrews J. E. , Archilli F. , Arnau Romeu J. , Artamonov A. , Artuso M. , Arzymatov K. , Aslanides E. , Atzeni M. , Audurier B. , Bachmann S. , Back J. J. , Baker S. , Balagura V. , Baldini W. , Baranov A. , Barlow R. J. , Barsuk S. , Barter W. , Bartolini M. , Baryshnikov F. , Batozskaya V. , Batsukh B. , Battig A. , Battista V. , Bay A. , Bedeschi F. , Bediaga I. , Beiter A. , Bel L. J. , Belin S. , Beliy N. , Bellee V. , Belloli N. , Belous K. , Belyaev I. , Bencivenni G. , Ben-Haim E. , Benson S. , Beranek S. , Berezhnoy A. , Bernet R. , Berninghoff D. , Bertholet E. , Bertolin A. , Betancourt C. , Betti F. , Bettler M. O. , Bezshyiko Ia. , Bhasin S. , Bhom J. , Bieker M. S. , Bifani S. , Billoir P. , Birnkraut A. , Bizzeti A. , Bjørn M. , Blago M. P. , Blake T. , Blanc F. , Blusk S. , Bobulska D. , Bocci V. , Boente Garcia O. , Boettcher T. , Bondar A. , Bondar N. , Borghi S. , Borisyak M. , Borsato M. , Boubdir M. , Bowcock T. J. V. , Bozzi C. , Braun S. , Brodski M. , Brodzicka J. , Brossa Gonzalo A. , Brundu D. , Buchanan E. , Buonaura A. , Burr C. , Bursche A. , Buytaert J. , Byczynski W. , Cadeddu S. , Cai H. , Calabrese R. , Cali S. , Calladine R. , Calvi M. , Calvo Gomez M. , Camboni A. , Campana P. , Campora Perez D. H. , Capriotti L. , Carbone A. , Carboni G. , Cardinale R. , Cardini A. , Carniti P. , Carvalho Akiba K. , Casse G. , Cattaneo M. , Cavallero G. , Cenci R. , Chapman M. G. , Charles M. , Charpentier Ph. , Chatzikonstantinidis G. , Chefdeville M. , Chekalina V. , Chen C. , Chen S. , Chitic S.-G. , Chobanova V. , Chrzaszcz M. , Chubykin A. , Ciambrone P. , Vidal X. Cid , Ciezarek G. , Cindolo F. , Clarke P. E. L. , Clemencic M. , Cliff H. V. , Closier J. , Coco V. , Coelho J. A. B. , Cogan J. , Cogneras E. , Cojocariu L. , Collins P. , Colombo T. , Comerma-Montells A. , Contu A. , Coombs G. , Coquereau S. , Corti G. , Costa Sobral C. M. , Couturier B. , Cowan G. A. , Craik D. C. , Crocombe A. , Cruz Torres M. , Currie R. , Da Silva C. L. , Dall’Occo E. , Dalseno J. , D’Ambrosio C. , Danilina A. , d’Argent P. , 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 P. , de Vries J. A. , Dean C. T. , Dean W. , Decamp D. , Del Buono L. , Delaney B. , Dembinski H.-P. , Demmer M. , Dendek A. , Derkach D. , Deschamps O. , Desse F. , Dettori F. , Dey B. , Di Canto A. , Di Nezza P. , Didenko S. , Dijkstra H. , Dordei F. , Dorigo M. , dos Reis A. C. , Dosil Suárez A. , Douglas L. , Dovbnya A. , Dreimanis K. , Dufour L. , Dujany G. , Durante P. , Durham J. M. , Dutta D. , Dzhelyadin R. , Dziewiecki M. , Dziurda A. , Dzyuba A. , Easo S. , Egede U. , Egorychev V. , Eidelman S. , Eisenhardt S. , Eitschberger U. , Ekelhof R. , Eklund L. , Ely S. , Ene A. , Escher S. , Esen S. , Evans T. , Falabella A. , Färber C. , Farley N. , Farry S. , Fazzini D. , Féo M. , Fernandez Declara P. , Fernandez Prieto A. , Ferrari F. , Ferreira Lopes L. , Ferreira Rodrigues F. , Ferreres Sole S. , Ferro-Luzzi M. , Filippov S. , Fini R. A. , Fiorini M. , Firlej M. , Fitzpatrick C. , Fiutowski T. , Fleuret F. , Fontana M. , Fontanelli F. , Forty R. , Franco Lima V. , Frank M. , Frei C. , Fu J. , Funk W. , Gabriel E. , Gallas Torreira A. , Galli D. , Gallorini S. , Gambetta S. , Gan Y. , Gandelman M. , Gandini P. , Gao Y. , Garcia Martin L. M. , García Pardiñas J. , Garcia Plana B. , Garra Tico J. , Garrido L. , Gascon D. , Gaspar C. , Gazzoni G. , Gerick D. , Gersabeck E. , Gersabeck M. , Gershon T. , Gerstel D. , Ghez Ph. , Gibson V. , Girard O. G. , Gironella Gironell P. , Giubega L. , Gizdov K. , Gligorov V. V. , Göbel C. , Golubkov D. , Golutvin A. , Gomes A. , Gorelov I. V. , Gotti C. , Govorkova E. , Grabowski J. P. , Graciani Diaz R. , Granado Cardoso L. A. , Graugés E. , Graverini E. , Graziani G. , Grecu A. , Greim R. , Griffith P. , Grillo L. , Gruber L. , Gruberg Cazon B. R. , Gu C. , Gushchin E. , Guth A. , Guz Yu. , Gys T. , Hadavizadeh T. , Hadjivasiliou C. , Haefeli G. , Haen C. , Haines S. C. , Hamilton B. , Han Q. , Han X. , Hancock T. H. , Hansmann-Menzemer S. , Harnew N. , Harrison T. , Hasse C. , Hatch M. , He J. , Hecker M. , Heinicke K. , Heister A. , Hennessy K. , Henry L. , Heß M. , Heuel J. , Hicheur A. , Hidalgo Charman R. , Hill D. , Hilton M. , Hopchev P. H. , Hu J. , Hu W. , Huang W. , Huard Z. C. , Hulsbergen W. , Humair T. , Hushchyn M. , Hutchcroft D. , Hynds D. , Ibis P. , Idzik M. , Ilten P. , Inglessi A. , Inyakin A. , Ivshin K. , Jacobsson R. , Jakobsen S. , Jalocha J. , Jans E. , Jashal B. K. , Jawahery A. , Jiang F. , John M. , Johnson D. , Jones C. R. , Joram C. , Jost B. , Jurik N. , Kandybei S. , Karacson M. , Kariuki J. M. , Karodia S. , Kazeev N. , Kecke M. , Keizer F. , Kelsey M. , Kenzie M. , Ketel T. , Khanji B. , Kharisova A. , Khurewathanakul C. , Kim K. E. , Kirn T. , Kirsebom V. S. , Klaver S. , Klimaszewski K. , Koliiev S. , Kolpin M. , Kopecna R. , Koppenburg P. , Kostiuk I. , Kotriakhova S. , Kozeiha M. , Kravchuk L. , Kreps M. , Kress F. , Kretzschmar S. , Krokovny P. , Krupa W. , Krzemien W. , Kucewicz W. , Kucharczyk M. , Kudryavtsev V. , Kunde G. J. , Kuonen A. K. , Kvaratskheliya T. , Lacarrere D. , Lafferty G. , Lai A. , Lancierini D. , Lanfranchi G. , Langenbruch C. , Latham T. , Lazzeroni C. , Le Gac R. , Lefèvre R. , Leflat A. , Lemaitre F. , Leroy O. , Lesiak T. , Leverington B. , Li H. , Li P.-R. , Li X. , Li Y. , Li Z. , Liang X. , Likhomanenko T. , Lindner R. , Lionetto F. , Lisovskyi V. , Liu G. , Liu X. , Loh D. , Loi A. , Longstaff I. , Lopes J. H. , Loustau G. , Lovell G. H. , Lucchesi D. , Lucio Martinez M. , Luo Y. , Lupato A. , Luppi E. , Lupton O. , Lusiani A. , Lyu X. , Machefert F. , Maciuc F. , Macko V. , Mackowiak P. , Maddrell-Mander S. , Maev O. , Maguire K. , Maisuzenko D. , Majewski M. W. , Malde S. , Malecki B. , Malinin A. , Maltsev T. , Malygina H. , Manca G. , Mancinelli G. , Marangotto D. , Maratas J. , Marchand J. F. , Marconi U. , Marin Benito C. , Marinangeli M. , Marino P. , Marks J. , Marshall P. J. , Martellotti G. , Martinelli M. , Martinez Santos D. , Martinez Vidal F. , Massafferri A. , Materok M. , Matev R. , Mathad A. , Mathe Z. , Matiunin V. , Matteuzzi C. , Mattioli K. R. , Mauri A. , Maurice E. , Maurin B. , McCann M. , McNab A. , McNulty R. , Mead J. V. , Meadows B. , Meaux C. , Meinert N. , Melnychuk D. , Merk M. , Merli A. , Michielin E. , Milanes D. A. , Millard E. , Minard M.-N. , Minzoni L. , Mitzel D. S. , Mödden A. , Mogini A. , Moise R. D. , Mombächer T. , Monroy I. A. , Monteil S. , Morandin M. , Morello G. , Morello M. J. , Moron J. , Morris A. B. , Mountain R. , Muheim F. , Mukherjee M. , Mulder M. , Müller D. , Müller J. , Müller K. , Müller V. , Murphy C. H. , Murray D. , Naik P. , Nakada T. , Nandakumar R. , Nandi A. , Nanut T. , Nasteva I. , Needham M. , Neri N. , Neubert S. , Neufeld N. , Newcombe R. , Nguyen T. D. , Nguyen-Mau C. , Nieswand S. , Niet R. , Nikitin N. , Nolte N. S. , Oblakowska-Mucha A. , Obraztsov V. , Ogilvy S. , O’Hanlon D. P. , Oldeman R. , Onderwater C. J. G. , Osborn J. D. , Ossowska A. , Otalora Goicochea J. M. , Ovsiannikova T. , Owen P. , Oyanguren A. , Pais P. R. , Pajero T. , Palano A. , Palutan M. , Panshin G. , Papanestis A. , Pappagallo M. , Pappalardo L. L. , Parker W. , Parkes C. , Passaleva G. , Pastore A. , Patel M. , Patrignani C. , Pearce A. , Pellegrino A. , Penso G. , Pepe Altarelli M. , Perazzini S. , Pereima D. , Perret P. , Pescatore L. , Petridis K. , Petrolini A. , Petrov A. , Petrucci S. , Petruzzo M. , Pietrzyk B. , Pietrzyk G. , Pikies M. , Pili M. , Pinci D. , Pinzino J. , Pisani F. , Piucci A. , Placinta V. , Playfer S. , Plews J. , Plo Casasus M. , Polci F. , Poli Lener M. , Poliakova M. , Poluektov A. , Polukhina N. , Polyakov I. , Polycarpo E. , Pomery G. J. , Ponce S. , Popov A. , Popov D. , Poslavskii S. , Price E. , Prouve C. , Pugatch V. , Puig Navarro A. , Pullen H. , Punzi G. , Qian W. , Qin J. , Quagliani R. , Quintana B. , Raab N. V. , Rachwal B. , Rademacker J. H. , Rama M. , Ramos Pernas M. , Rangel M. S. , Ratnikov F. , Raven G. , Ravonel Salzgeber M. , Reboud M. , Redi F. , Reichert S. , Reiss F. , Remon Alepuz C. , Ren Z. , Renaudin V. , Ricciardi S. , Richards S. , Rinnert K. , Robbe P. , Robert A. , Rodrigues A. B. , Rodrigues E. , Rodriguez Lopez J. A. , Roehrken M. , Roiser S. , Rollings A. , Romanovskiy V. , Romero Vidal A. , Roth J. D. , Rotondo M. , Rudolph M. S. , Ruf T. , Ruiz Vidal J. , Saborido Silva J. J. , Sagidova N. , Saitta B. , Salustino Guimaraes V. , Sanchez Gras C. , Sanchez Mayordomo C. , Sanmartin Sedes B. , Santacesaria R. , Santamarina Rios C. , Santimaria M. , Santovetti E. , Sarpis G. , Sarti A. , Satriano C. , Satta A. , Saur M. , Savrina D. , Schael S. , Schellenberg M. , Schiller M. , Schindler H. , Schmelling M. , Schmelzer T. , Schmidt B. , Schneider O. , Schopper A. , Schreiner H. F. , Schubiger M. , Schulte S. , Schune M. H. , Schwemmer R. , Sciascia B. , Sciubba A. , Semennikov A. , Sepulveda E. S. , Sergi A. , Serra N. , Serrano J. , Sestini L. , Seuthe A. , Seyfert P. , Shapkin M. , Shears T. , Shekhtman L. , Shevchenko V. , Shmanin E. , Siddi B. G. , Silva Coutinho R. , Silva de Oliveira L. , Simi G. , Simone S. , Skiba I. , Skidmore N. , Skwarnicki T. , Slater M. W. , Smeaton J. G. , Smith E. , Smith I. T. , Smith M. , Soares M. , Soares Lavra l. , Sokoloff M. D. , Soler F. J. P. , Souza De Paula B. , Spaan B. , Spadaro Norella E. , Spradlin P. , Stagni F. , Stahl M. , Stahl S. , Stefko P. , Stefkova S. , Steinkamp O. , Stemmle S. , Stenyakin O. , Stepanova M. , Stevens H. , Stocchi A. , Stone S. , Stracka S. , Stramaglia M. E. , Straticiuc M. , Straumann U. , Strokov S. , Sun J. , Sun L. , Sun Y. , Swientek K. , Szabelski A. , Szumlak T. , Szymanski M. , Tang Z. , Tekampe T. , Tellarini G. , Teubert F. , Thomas E. , Tilley M. J. , Tisserand V. , T’Jampens S. , Tobin M. , Tolk S. , Tomassetti L. , Tonelli D. , Tou D. Y. , Tourinho Jadallah Aoude R. , Tournefier E. , Traill M. , Tran M. T. , Trisovic A. , Tsaregorodtsev A. , Tuci G. , Tully A. , Tuning N. , Ukleja A. , Usachov A. , Ustyuzhanin A. , Uwer U. , Vagner A. , Vagnoni V. , Valassi A. , Valat S. , Valenti G. , van Beuzekom M. , Van Hecke H. , van Herwijnen E. , Van Hulse C. B. , van Tilburg J. , van Veghel M. , Vasiliev A. , Vazquez Gomez R. , Vazquez Regueiro P. , Vázquez Sierra C. , Vecchi S. , Velthuis J. J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Vernet M. , Veronesi M. , Vesterinen M. , Viana Barbosa J. V. , Vieira D. , Vieites Diaz M. , Viemann H. , Vilasis-Cardona X. , Vitkovskiy A. , Vitti M. , Volkov V. , Vollhardt A. , Vom Bruch D. , Voneki B. , Vorobyev A. , Vorobyev V. , Voropaev N. , Waldi R. , Walsh J. , Wang J. , Wang M. , Wang Y. , Wang Z. , Ward D. R. , Wark H. M. , Watson N. K. , Websdale D. , Weiden A. , Weisser C. , Whitehead M. , Wilkinson G. , Wilkinson M. , Williams I. , Williams M. , Williams M. R. J. , Williams T. , Wilson F. F. , Winn M. , Wislicki W. , Witek M. , Wormser G. , Wotton S. A. , Wyllie K. , Xiao D. , Xie Y. , Xing H. , Xu A. , Xu M. , Xu Q. , Xu Z. , Xu Z. , Yang Z. , Yang Z. , Yao Y. , Yeomans L. E. , Yin H. , Yu J. , Yuan X. , Yushchenko O. , Zarebski K. A. , Zavertyaev M. , Zeng M. , Zhang D. , Zhang L. , Zhang W. C. , Zhang Y. , Zhelezov A. , Zheng Y. , Zhu X. , Zhukov V. , Zonneveld J. B. , Zucchelli S. 
Published: July 2019

Abstract

Using proton-proton collision data, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb−1, collected with the LHCb detector between 2011 and 2018, a new narrow charmonium state, the X(3842) resonance, is observed in the decay modes$$ \mathrm{X}(3842)\to {D}^0{\overline{D}}^0 $$X3842→D0D¯0and X(3842) →D+D−. The mass and the natural width of this state are measured to be

$$ \begin{array}{l}{m}_{X(3842)}=3842.71\pm 0.16\pm 0.12\ MeV/{c}^2,\hfill \\ {}{\varGamma}_{X(3842)}=2.79\pm 0.51\pm 0.35\ MeV,\hfill \end{array} $$mX3842=3842.71±0.16±0.12MeV/c2,ΓX3842=2.79±0.51±0.35MeV,

where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. The observed mass and narrow natural width suggest the interpretation of the new state as the unobserved (spin-3ψ313D3) charmonium state.

In addition, prompt hadroproduction of theψ(3770) andχ2(3930) states is observed for the first time, and the parameters of these states are measured to be

$$ \begin{array}{l}{m}_{\psi (3770)}=3778.1\pm 0.7\pm 0.6\ MeV/{c}^2,\hfill \\ {}{m}_{\chi_2(3930)}=3921.9\pm 0.6\pm 0.2\ MeV/{c}^2,\hfill \\ {}{\varGamma}_{\chi_2(3930)}=36.6 \pm 1.9 \pm 0.9\ MeV,\hfill \end{array} $$mψ3770=3778.1±0.7±0.6MeV/c2,mχ23930=3921.9±0.6±0.2MeV/c2,Γχ23930=36.6±1.9±0.9MeV,

where the first uncertainty is statistical and the second is systematic.