Study of the ψ2(3823) and χc1(3872) states in B+ → (J/ψπ+π−)K+ decays
Authors:   The LHCb collaboration, Aaij R. , Abellán Beteta C. , Ackernley T. , Adeva B. , Adinolfi M. , Afsharnia H. , Aidala C. A. , Aiola S. , Ajaltouni Z. , Akar S. , Albrecht J. , Alessio F. , Alexander M. , Alfonso Albero A. , Aliouche Z. , Alkhazov G. , Alvarez Cartelle P. , Alves A. A. , Amato S. , Amhis Y. , An L. , Anderlini L. , Andreassi G. , 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. , Baker S. , Baladron Rodriguez P. , Balagura V. , Baldini W. , Baptista Leite J. , Barlow R. J. , Barsuk S. , Barter W. , Bartolini M. , Baryshnikov F. , Basels J. M. , Bassi G. , Batozskaya V. , Batsukh B. , Battig A. , Bay A. , Becker M. , Bedeschi F. , Bediaga I. , Beiter A. , Belavin V. , Belin S. , Bellee V. , Belous K. , Belyaev I. , Bencivenni G. , Ben-Haim E. , Berezhnoy A. , Bernet R. , Berninghoff D. , Bernstein H. C. , Bertella C. , Bertholet E. , Bertolin A. , Betancourt C. , Betti F. , Bettler M. O. , Bezshyiko Ia. , Bhasin S. , Bhom J. , Bian L. , Bieker M. S. , Bifani S. , Billoir P. , Bishop F. C. R. , Bizzeti A. , Bjørn M. , Blago M. P. , Blake T. , Blanc F. , Blusk S. , Bobulska D. , Bocci V. , Boelhauve J. A. , Boente Garcia O. , 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. , Brea Rodriguez A. , Brodski M. , Brodzicka J. , Brossa Gonzalo A. , Brundu D. , Buchanan E. , Buonaura A. , Burr C. , Bursche A. , Butkevich A. , Butter J. S. , Buytaert J. , Byczynski W. , Cadeddu S. , Cai H. , Calabrese R. , Calero Diaz L. , Cali S. , Calladine R. , Calvi M. , Calvo Gomez M. , Camargo Magalhaes P. , Camboni A. , Campana P. , Campora Perez D. H. , Campoverde Quezada A. F. , Capelli S. , Capriotti L. , Carbone A. , Carboni G. , Cardinale R. , Cardini A. , Carli I. , Carniti P. , Carvalho Akiba K. , Casais Vidal A. , Casse G. , Cattaneo M. , Cavallero G. , Celani S. , Cenci R. , Cerasoli J. , Chadwick A. J. , Chapman M. G. , Charles M. , Charpentier Ph. , Chatzikonstantinidis G. , Chefdeville M. , Chen C. , Chen S. , Chernov A. , Chitic S.-G. , Chobanova V. , Cholak S. , Chrzaszcz M. , Chubykin A. , Chulikov V. , Ciambrone P. , Cicala M. F. , Cid Vidal X. , Ciezarek G. , Cindolo F. , 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. , Contu A. , Cooke N. , Coombs G. , Coquereau S. , Corti G. , Costa Sobral C. M. , Couturier B. , Craik D. C. , Crkovská J. , 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 D. , De Simone P. , de Vries J. A. , Dean C. T. , Dean W. , Decamp D. , Del Buono L. , Delaney B. , Dembinski H.-P. , Dendek A. , Denysenko V. , Derkach D. , Deschamps O. , Desse F. , Dettori F. , Dey B. , Di Canto A. , Di Nezza P. , Didenko S. , Dijkstra H. , Dobishuk V. , Donohoe A. M. , Dordei F. , Dorigo M. , dos Reis A. C. , Douglas L. , Dovbnya A. , Downes A. G. , Dreimanis K. , Dudek M. W. , Dufour L. , Durante P. , Durham J. M. , Dutta D. , Dziewiecki M. , 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. , Farley N. , Farry S. , Fazzini D. , Fedin P. , Féo M. , Fernandez Declara P. , Fernandez Prieto A. , Ferrari F. , Ferreira Lopes L. , Ferreira Rodrigues F. , Ferreres Sole S. , Ferrillo M. , Ferro-Luzzi M. , Filippov S. , Fini R. A. , Fiorini M. , Firlej M. , Fischer K. M. , Fitzpatrick C. , Fiutowski T. , Fleuret F. , Fontana M. , Fontanelli F. , Forty R. , Franco Lima V. , Franco Sevilla M. , Frank M. , Franzoso E. , Frau G. , Frei C. , Friday D. A. , Fu J. , Fuehring Q. , Funk W. , Gabriel E. , Gaintseva T. , Gallas Torreira A. , Galli D. , Gallorini S. , Gambetta S. , Gan Y. , Gandelman M. , Gandini P. , Gao Y. , Garau M. , Garcia Martin L. M. , Garcia Moreno P. , García Pardiñas J. , Garcia Plana B. , Garcia Rosales F. A. , Garrido L. , Gascon D. , Gaspar C. , Geertsema R. E. , Gerick D. , Gersabeck E. , Gersabeck M. , Gershon T. , Gerstel D. , Ghez Ph. , Gibson V. , Gioventù A. , Gironella Gironell P. , Giubega L. , Giugliano C. , Gizdov K. , Gligorov V. V. , Göbel C. , Golobardes E. , Golubkov D. , Golutvin A. , Gomes A. , Goncerz M. , Gorbounov P. , Gorelov I. V. , Gotti C. , Govorkova E. , Grabowski J. P. , Graciani Diaz R. , Grammatico T. , Granado Cardoso L. A. , Graugés E. , Graverini E. , Graziani G. , Grecu A. , Greeven L. M. , Griffith P. , Grillo L. , Gruber L. , Gruberg Cazon B. R. , Gu C. , Guarise M. , Günther P. A. , Gushchin E. , Guth A. , Guz Yu. , Gys T. , Hadavizadeh T. , Haefeli G. , Haen C. , Haines S. C. , Hamilton P. M. , Han Q. , Han X. , Hancock T. H. , Hansmann-Menzemer S. , Harnew N. , Harrison T. , Hart R. , 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. , Hopchev P. H. , Hu J. , Hu J. , Hu W. , Huang W. , Hulsbergen W. , Humair T. , Hunter R. J. , Hushchyn M. , Hutchcroft D. , Hynds D. , Ibis P. , Idzik M. , Ilin D. , Ilten P. , Inglessi A. , Ivshin K. , Jacobsson R. , 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. , Kandybei S. , Kang Y. , Karacson M. , Kariuki J. M. , Kazeev N. , Kecke M. , Keizer F. , Kelsey M. , Kenzie M. , Ketel T. , Khanji B. , Kharisova A. , Kim K. E. , Kirn T. , Kirsebom V. S. , Kitouni O. , Klaver S. , Klimaszewski K. , 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. , Kucewicz 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. , Lantwin O. , Latham T. , Lazzari F. , Le Gac R. , Lee S. H. , Lefèvre R. , Leflat A. , Leroy O. , Lesiak T. , Leverington B. , Li H. , Li L. , Li P. , Li X. , Li Y. , Li Y. , Li Z. , Liang X. , Lin T. , Lindner R. , Lisovskyi V. , Litvinov R. , Liu G. , Liu H. , Liu S. , Liu X. , Loi A. , Lomba Castro J. , Longstaff I. , Lopes J. H. , Loustau G. , Lovell G. H. , Lu Y. , Lucchesi D. , Luchuk S. , Lucio Martinez M. , Lukashenko V. , Luo Y. , Lupato A. , Luppi E. , Lupton O. , Lusiani A. , Lyu X. , Ma L. , Maccolini S. , Machefert F. , Maciuc F. , Macko V. , Mackowiak P. , Maddrell-Mander S. , Madhan Mohan L. R. , Maev O. , Maevskiy A. , Maisuzenko D. , Majewski M. W. , Malde S. , Malecki B. , Malinin A. , Maltsev T. , Malygina H. , Manca G. , Mancinelli G. , Manera Escalero R. , Manuzzi D. , Marangotto D. , Maratas J. , Marchand J. F. , Marconi U. , Mariani S. , Marin Benito C. , Marinangeli M. , Marino P. , Marks J. , Marshall P. J. , Martellotti G. , Martinazzoli L. , 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. , Mazurek M. , McCann M. , Mcconnell L. , Mcgrath T. H. , McNab A. , McNulty R. , Mead J. V. , Meadows B. , Meaux C. , Meier G. , Meinert N. , Melnychuk D. , Meloni S. , Merk M. , Merli A. , Meyer Garcia L. , Mikhasenko M. , Milanes D. A. , Millard E. , Minard M.-N. , Mineev O. , Minzoni L. , Mitchell S. E. , Mitreska B. , Mitzel D. S. , Mödden A. , Mohammed R. A. , Moise R. D. , 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. , Mukherjee M. , 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. , Nguyen T. D. , Nguyen-Mau C. , Niel E. M. , Nieswand S. , Nikitin N. , Nolte N. S. , Nunez C. , 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. , 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. , Parkinson C. J. , Passaleva G. , Pastore A. , Patel M. , Patrignani C. , Pearce A. , Pellegrino A. , Pepe Altarelli M. , Perazzini S. , Pereima D. , Perret P. , Petridis K. , Petrolini A. , Petrov A. , Petrucci S. , Petruzzo M. , Philippov A. , Pica L. , Pietrzyk B. , Pietrzyk G. , 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. , Popov S. , Poslavskii S. , Prasanth K. , Promberger L. , Prouve C. , Pugatch V. , Puig Navarro A. , Pullen H. , Punzi G. , Qian W. , Qin J. , Quagliani R. , Quintana B. , Raab N. V. , Rabadan Trejo R. I. , Rachwal B. , Rademacker J. H. , Rama M. , Ramos Pernas M. , Rangel M. S. , Ratnikov F. , Raven G. , Reboud M. , Redi F. , Reiss F. , Remon Alepuz C. , Ren Z. , Renaudin V. , Ribatti R. , Ricciardi S. , Richards D. S. , Rinnert K. , Robbe P. , Robert A. , Robertson G. , Rodrigues A. B. , Rodrigues E. , Rodriguez Lopez J. A. , Roehrken M. , Rollings A. , Romanovskiy V. , Romero Lamas M. , Romero Vidal A. , Roth J. D. , Rotondo M. , Rudolph M. S. , Ruf T. , Ruiz Vidal J. , Ryzhikov A. , Ryzka J. , Saborido Silva J. J. , Sagidova N. , Sahoo N. , Saitta B. , Sanchez Gras C. , Sanchez Mayordomo C. , Santacesaria R. , Santamarina Rios C. , Santimaria M. , Santovetti E. , Sarpis G. , Sarpis M. , Sarti A. , Satriano C. , Satta A. , Saur M. , Savrina D. , Sazak H. , Scantlebury Smead L. G. , 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. , Sellam S. , Semennikov A. , Sergi A. , Serra N. , Serrano J. , Sestini L. , Seuthe A. , Seyfert P. , Shangase D. M. , Shapkin M. , Shchutska L. , Shears T. , Shekhtman L. , Shevchenko V. , Shields E. B. , Shmanin E. , Shupperd J. D. , Siddi B. G. , Silva Coutinho R. , Silva de Oliveira L. , Simi G. , Simone S. , Skiba I. , Skidmore N. , Skwarnicki T. , Slater M. W. , Smallwood J. C. , Smeaton J. G. , Smetkina A. , Smith E. , Smith M. , Snoch A. , Soares M. , Soares Lavra L. , Sokoloff M. D. , Soler F. J. P. , Solovev A. , Solovyev I. , Souza De Almeida F. L. , Souza De Paula B. , Spaan B. , Spadaro Norella E. , Spradlin P. , Stagni F. , Stahl M. , Stahl S. , Stefko P. , Steinkamp O. , Stemmle S. , Stenyakin O. , Stevens H. , Stone S. , Stracka S. , Stramaglia M. E. , Straticiuc M. , Strekalina D. , Strokov S. , Suljik F. , Sun J. , Sun L. , Sun Y. , Svihra P. , Swallow P. N. , Swientek K. , Szabelski A. , Szumlak T. , Szymanski M. , Taneja S. , Tang Z. , Tekampe T. , Teubert F. , Thomas E. , Thomson K. A. , Tilley M. J. , Tisserand V. , T’Jampens S. , Tobin M. , Tolk S. , Tomassetti L. , Torres Machado D. , Tou D. Y. , Traill M. , Tran M. T. , Trifonova E. , Trippl C. , Tsaregorodtsev A. , Tuci G. , Tully A. , Tuning N. , Ukleja A. , Unverzagt D. J. , Usachov A. , Ustyuzhanin A. , Uwer U. , Vagner A. , Vagnoni V. , Valassi A. , Valenti G. , van Beuzekom M. , Van Hecke H. , van Herwijnen E. , Van Hulse C. B. , van Veghel M. , Vazquez Gomez R. , Vazquez Regueiro P. , Vázquez Sierra C. , Vecchi S. , Velthuis J. J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Veronesi M. , Vesterinen M. , Vieira D. , Vieites Diaz M. , Viemann H. , Vilasis-Cardona X. , Vilella Figueras E. , Vincent P. , Vitali G. , Vitkovskiy A. , Vollhardt A. , Vom Bruch D. , Vorobyev A. , Vorobyev V. , Voropaev N. , Waldi R. , Walsh J. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang M. , Wang R. , Wang Y. , Wang Z. , Ward D. R. , Wark H. M. , Watson N. K. , Weber S. G. , Websdale D. , Weisser C. , Westhenry B. D. C. , White D. J. , Whitehead M. , 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. , Xing H. , Xu A. , Xu J. , Xu L. , Xu M. , Xu Q. , Xu Z. , Yang D. , Yang Y. , Yang Z. , Yang Z. , Yao Y. , Yeomans L. E. , Yin H. , Yu J. , Yuan X. , Yushchenko O. , Zarebski K. A. , Zavertyaev M. , Zdybal M. , Zenaiev O. , Zeng M. , Zhang D. , Zhang L. , Zhang S. , Zhang Y. , Zhelezov A. , Zheng Y. , Zhou X. , Zhou Y. , Zhu X. , Zhukov V. , Zonneveld J. B. , Zucchelli S. , Zuliani D. , Zunica G. 
Published: August 2020

Abstract

The decays B+→J/ψπ+π−K+are studied using a data set corresponding to an integrated luminosity of 9 fb−1collected with the LHCb detector in proton-proton collisions between 2011 and 2018. Precise measurements of the ratios of branching fractions with the intermediate ψ2(3823), χc1(3872) and ψ(2S) states are reported. The values are$$ {\displaystyle \begin{array}{c}\frac{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to {\uppsi}_2(3823){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\uppsi_2(3823)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}(3872){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}=\left(3.56\pm 0.67\pm 0.11\right)\times {10}^{-2},\\ {}\frac{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to {\uppsi}_2(3823){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\uppsi_2(3823)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to \uppsi \left(2\mathrm{S}\right){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\uppsi \left(2\mathrm{S}\right)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}=\left(1.31\pm 0.25\pm 0.04\right)\times {10}^{-3},\\ {}\frac{{\mathcal{B}}_{\mathrm{B}+\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}(3872){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}{{\mathcal{B}}_{{\mathrm{B}}^{+}\to \uppsi \left(2\mathrm{S}\right){\mathrm{K}}^{+}}\times {\mathcal{B}}_{\uppsi \left(2\mathrm{S}\right)\to \mathrm{J}/{\uppsi \uppi}^{+}{\uppi}^{-}}}=\left(3.69\pm 0.07\pm 0.06\right)\times {10}^{-2},\end{array}} $$BB+→ψ23823K+×Bψ23823→J/ψπ+π−BB+→χc13872K+×Bχc13872→J/ψπ+π−=3.56±0.67±0.11×10−2,BB+→ψ23823K+×Bψ23823→J/ψπ+π−BB+→ψ2SK+×Bψ2S→J/ψπ+π−=1.31±0.25±0.04×10−3,BB+→χc13872K+×Bχc13872→J/ψπ+π−BB+→ψ2SK+×Bψ2S→J/ψπ+π−=3.69±0.07±0.06×10−2,

where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. The decay of B+→ψ2(3823)K+with ψ2(3823)→J/ψπ+π−is observed for the first time with a significance of 5.1 standard deviations. The mass differences between the ψ2(3823), χc1(3872) and ψ(2S) states are measured to be

$$ {\displaystyle \begin{array}{c}{m}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)}-{m}_{\uppsi_2(3823)}=47.50\pm 0.53\pm 0.13\;\mathrm{MeV}/{c}^2,\\ {}{m}_{\uppsi_2(3823)}-{m}_{\uppsi_2\left(2\mathrm{S}\right)}=137.98\pm 0.53\pm 0.14\;\mathrm{MeV}/{c}^2,\\ {}{m}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)}-{m}_{\uppsi_2\left(2\mathrm{S}\right)}=185.49\pm 0.06\pm 0.03\;\mathrm{MeV}/{c}^2,\end{array}} $$mχc13872−mψ23823=47.50±0.53±0.13MeV/c2,mψ23823−mψ22S=137.98±0.53±0.14MeV/c2,mχc13872−mψ22S=185.49±0.06±0.03MeV/c2,

resulting in the most precise determination of the χc1(3872) mass. The width of the ψ2(3823) state is found to be below 5.2 MeV at 90% confidence level. The Breit-Wigner width of the χc1(3872) state is measured to be

$$ {\Gamma}_{\upchi_{\mathrm{c}1}(3872)}^{\mathrm{BW}}={0.96}_{-0.18}^{+0.19}\pm 0.21\;\mathrm{MeV} $$Γχc13872BW=0.96−0.18+0.19±0.21MeV

which is inconsistent with zero by 5.5 standard deviations.