Evidence for an $$\eta _c(1S) \pi ^-$$ η c ( 1 S ) π - resonance in $$B^0 \rightarrow \eta _c(1S) K^+\pi ^-$$ B 0 → η c ( 1 S ) K + π - decays (2018)

A Dalitz plot analysis of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn></mml:msup> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msub><mml:mi>η</mml:mi> <mml:mi>c</mml:mi></mml:msub> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:msup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo></mml:msup> <mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo></mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> decays is performed using data samples of <i>pp</i> collisions collected with the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>LHCb</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace></mml:mrow> </mml:math> detector at centre-of-mass energies of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>s</mml:mi></mml:msqrt> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>7</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn> <mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mi>Te</mml:mi> <mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> , corresponding to a total integrated luminosity of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>4.7</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>fb</mml:mtext> <mml:msup><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> . A satisfactory description of the data is obtained when including a contribution representing an exotic <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi> <mml:mi>c</mml:mi></mml:msub> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:msup><mml:mi>π</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo></mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> resonant state. The significance of this exotic resonance is more than three standard deviations, while its mass and width are <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>4096</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>20</mml:mn> <mml:msubsup><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>18</mml:mn></mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mi>Me</mml:mi> <mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>152</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>58</mml:mn> <mml:msubsup><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>35</mml:mn></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>60</mml:mn></mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mi>Me</mml:mi> <mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow> </mml:math> , respectively. The spin-parity assignments <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi> <mml:mi>P</mml:mi></mml:msup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msup><mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>+</mml:mo></mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi> <mml:mi>P</mml:mi></mml:msup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msup><mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>-</mml:mo></mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> are both consistent with the data. In addition, the first measurement of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn></mml:msup> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msub><mml:mi>η</mml:mi> <mml:mi>c</mml:mi></mml:msub> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:msup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo></mml:msup> <mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo></mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> branching fraction is performed and gives <DispFormula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mtable> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn></mml:msup> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msub><mml:mi>η</mml:mi> <mml:mi>c</mml:mi></mml:msub> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:msup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo></mml:msup> <mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo></mml:msup> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>5.73</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.24</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.13</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.66</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup><mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:mrow> </mml:math> </DispFormula> where the first uncertainty is statistical, the second systematic, and the third is due to limited knowledge of external branching fractions.