Observation and study of the decay $J/\psi \to \phi \eta {\eta }^{\text{'}}$

Journal Article · Sat Jun 01 00:00:00 EDT 2019 · Physical Review. D.

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.99.112008· OSTI ID:1526785

Ablikim, M.; Achasov, M. N.; Ahmed, S.; Albrecht, M.; Alekseev, M.; Amoroso, A.; An, F. F.; An, Q.; Bai, J. Z.; Bai, Y.; Bakina, O.; Baldini Ferroli, R.; Ban, Y.; Begzsuren, K.; Bennett, D. W.; Bennett, J. V.; Berger, N.; Bertani, M.; Bettoni, D.; Bianchi, F. ; Boger, E.; Boyko, I.; Briere, R. A.; Cai, H.; Cai, X.; Cakir, O.; Calcaterra, A.; Cao, G. F.; Cetin, S. A.; Chai, J.; Chang, J. F.; Chelkov, G.; Chen, G.; Chen, H. S.; Chen, J. C.; Chen, M. L.; Chen, P. L.; Chen, S. J.; Chen, X. R.; Chen, Y. B.; Cheng, W.; Chu, X. K.; Cibinetto, G.; Cossio, F.; Dai, H. L.; Dai, J. P.; Dbeyssi, A.; Dedovich, D.; Deng, Z. Y.; Denig, A.; Denysenko, I.; Destefanis, M.; De Mori, F.; Ding, Y.; Dong, C.; Dong, J.; Dong, L. Y.; Dong, M. Y.; Dou, Z. L.; Du, S. X.; Duan, P. F.; Fang, J.; Fang, S. S.; Fang, Y.; Farinelli, R.; Fava, L.; Fegan, S.; Feldbauer, F.; Felici, G.; Feng, C. Q.; Fioravanti, E.; Fritsch, M.; Fu, C. D.; Gao, Q.; Gao, X. L.; Gao, Y.; Gao, Y. G.; Gao, Z.; Garillon, B.; Garzia, I.; Gilman, A.; Goetzen, K.; Gong, L.; Gong, W. X.; Gradl, W.; Greco, M.; Gu, M. H.; Gu, Y. T.; Guo, A. Q.; Guo, R. P.; Guo, Y. P.; Guskov, A.; Haddadi, Z.; Han, S.; Hao, X. Q.; Harris, F. A.; He, K. L.; He, X. Q.; Heinsius, F. H.; Held, T.; Heng, Y. K.; Hou, Z. L.; Hu, H. M.; Hu, J. F.; Hu, T.; Hu, Y.; Huang, G. S.; Huang, J. S.; Huang, X. T.; Huang, X. Z.; Huang, Z. L.; Hussain, T.; Ikegami Andersson, W.; Irshad, M.; Ji, Q.; Ji, Q. P.; Ji, X. B.; Ji, X. L.; Jiang, X. S.; Jiang, X. Y.; Jiao, J. B.; Jiao, Z.; Jin, D. P.; Jin, S.; Jin, Y.; Johansson, T.; Julin, A.; Kalantar-Nayestanaki, N.; Kang, X. S.; Kavatsyuk, M.; Ke, B. C.; Keshk, I. K.; Khan, T.; Khoukaz, A.; Kiese, P.; Kiuchi, R.; Kliemt, R.; Koch, L.; Kolcu, O. B.; Kopf, B.; Kornicer, M.; Kuemmel, M.; Kuessner, M.; Kupsc, A.; Kurth, M.; Kühn, W.; Lange, J. S.; Larin, P.; Lavezzi, L.; Leithoff, H.; Li, C.; Li, Cheng; Li, D. M.; Li, F.; Li, F. Y.; Li, G.; Li, H. B.; Li, H. J.; Li, J. C.; Li, J. W.; Li, Jin; Li, K. J.; Li, Kang; Li, Ke; Li, Lei; Li, P. L.; Li, P. R.; Li, Q. Y.; Li, W. D.; Li, W. G.; Li, X. L.; Li, X. N.; Li, X. Q.; Li, Z. B.; Liang, H.; Liang, Y. F.; Liang, Y. T.; Liao, G. R.; Liao, L. Z.; Libby, J.; Lin, C. X.; Lin, D. X.; Liu, B.; Liu, B. J.; Liu, C. X.; Liu, D.; Liu, D. Y.; Liu, F. H.; Liu, Fang; Liu, Feng; Liu, H. B.; Liu, H. L.; Liu, H. M.; Liu, Huanhuan; Liu, Huihui; Liu, J. B.; Liu, J. Y.; Liu, K.; Liu, K. Y.; Liu, Ke; Liu, L. D.; Liu, Q.; Liu, S. B.; Liu, X.; Liu, Y. B.; Liu, Z. A.; Liu, Zhiqing; Long, Y. F.; Lou, X. C.; Lu, H. J.; Lu, J. G.; Lu, Y.; Lu, Y. P.; Luo, C. L.; Luo, M. X.; Luo, T.; Luo, X. L.; Lusso, S.; Lyu, X. R.; Ma, F. C.; Ma, H. L.; Ma, L. L.; Ma, M. M.; Ma, Q. M.; Ma, T.; Ma, X. N.; Ma, X. Y.; Ma, Y. M.; Maas, F. E.; Maggiora, M.; Maldaner, S.; Malik, Q. A.; Mangoni, A.; Mao, Y. J.; Mao, Z. P.; Marcello, S.; Meng, Z. X.; Messchendorp, J. G.; Mezzadri, G.; Min, J.; Mitchell, R. E.; Mo, X. H.; Mo, Y. J.; Morales Morales, C.; Muchnoi, N. Yu.; Muramatsu, H.; Mustafa, A.; Nefedov, Y.; Nerling, F.; Nikolaev, I. B.; Ning, Z.; Nisar, S.; Niu, S. L.; Niu, X. Y.; Olsen, S. L.; Ouyang, Q.; Pacetti, S.; Pan, Y.; Papenbrock, M.; Patteri, P.; Pelizaeus, M.; Pellegrino, J.; Peng, H. P.; Peng, Z. Y.; Peters, K.; Pettersson, J.; Ping, J. L.; Ping, R. G.; Pitka, A.; Poling, R.; Prasad, V.; Qi, H. R.; Qi, M.; Qi, T. Y.; Qian, S.; Qiao, C. F.; Qin, N.; Qin, X. S.; Qin, Z. H.; Qiu, J. F.; Qu, S. Q.; Rashid, K. H.; Redmer, C. F.; Richter, M.; Ripka, M.; Rivetti, A.; Rolo, M.; Rong, G.; Rosner, Ch.; Sarantsev, A.; Savrié, M.; Schoenning, K.; Shan, W.; Shan, X. Y.; Shao, M.; Shen, C. P.; Shen, P. X.; Shen, X. Y.; Sheng, H. Y.; Shi, X.; Song, J. J.; Song, W. M.; Song, X. Y.; Sosio, S.; Sowa, C.; Spataro, S.; Sun, G. X.; Sun, J. F.; Sun, L.; Sun, S. S.; Sun, X. H.; Sun, Y. J.; Sun, Y. K.; Sun, Y. Z.; Sun, Z. J.; Sun, Z. T.; Tan, Y. T.; Tang, C. J.; Tang, G. Y.; Tang, X.; Tapan, I.; Tiemens, M.; Tsednee, B.; Uman, I.; Wang, B.; Wang, B. L.; Wang, D.; Wang, D. Y.; Wang, Dan; Wang, K.; Wang, L. L.; Wang, L. S.; Wang, M.; Wang, Meng; Wang, P.; Wang, P. L.; Wang, W. P.; Wang, X. F.; Wang, X. L.; Wang, Y.; Wang, Y. F.; Wang, Z.; Wang, Z. G.; Wang, Z. Y.; Wang, Zongyuan; Weber, T.; Wei, D. H.; Weidenkaff, P.; Wen, S. P.; Wiedner, U.; Wolke, M.; Wu, L. H.; Wu, L. J.; Wu, Z.; Xia, L.; Xia, Y.; Xiao, D.; Xiao, Y. J.; Xiao, Z. J.; Xie, Y. G.; Xie, Y. H.; Xiong, X. A.; Xiu, Q. L.; Xu, G. F.; Xu, J. J.; Xu, L.; Xu, Q. J.; Xu, Q. N.; Xu, X. P.; Yan, F.; Yan, L.; Yan, W. B.; Yan, W. C.; Yan, Y. H.; Yang, H. J.; Yang, H. X.; Yang, L.; Yang, R. X.; Yang, Y. H.; Yang, Y. X.; Yang, Yifan; Yang, Z. Q.; Ye, M.; Ye, M. H.; Yin, J. H.; You, Z. Y.; Yu, B. X.; Yu, C. X.; Yu, J. S.; Yu, J. S.; Yuan, C. Z.; Yuan, Y.; Yuncu, A.; Zafar, A. A.; Zeng, Y.; Zhang, B. X.; Zhang, B. Y.; Zhang, C. C.; Zhang, D. H.; Zhang, H. H.; Zhang, H. Y.; Zhang, J.; Zhang, J. L.; Zhang, J. Q.; Zhang, J. W.; Zhang, J. Y.; Zhang, J. Z.; Zhang, K.; Zhang, L.; Zhang, T. J.; Zhang, X. Y.; Zhang, Y.; Zhang, Y. H.; Zhang, Y. T.; Zhang, Yang; Zhang, Yao; Zhang, Yi; Zhang, Yu; Zhang, Z. H.; Zhang, Z. P.; Zhang, Z. Y.; Zhao, G.; Zhao, J. W.; Zhao, J. Y.; Zhao, J. Z.; Zhao, Lei; Zhao, Ling; Zhao, M. G.; Zhao, Q.; Zhao, S. J.; Zhao, T. C.; Zhao, Y. B.; Zhao, Z. G.; Zhemchugov, A.; Zheng, B.; Zheng, J. P.; Zheng, Y. H.; Zhong, B.; Zhou, L.; Zhou, Q.; Zhou, X.; Zhou, X. K.; Zhou, X. R.; Zhou, X. Y.; Zhou, Xiaoyu; Zhou, Xu; Zhu, A. N.; Zhu, J.; Zhu, J.; Zhu, K.; Zhu, K. J.; Zhu, S.; Zhu, S. H.; Zhu, X. L.; Zhu, Y. C.; Zhu, Y. S.; Zhu, Z. A.; Zhuang, J.; Zou, B. S.; Zou, J. H.

We report the observation and study of the decay $J/\psi \to \phi \eta {\eta }^{\text{'}}$ using $1.3\times 10^9$ $J/\psi$ events collected with the BESIII detector. Its branching fraction, including all possible intermediate states, is measured to be $(2.32\pm 0.06\pm 0.16)\times {10}^{-4}$. We also report evidence for a structure, denoted as $X$, in the $\phi {\eta }^{\text{'}}$ mass spectrum in the $2.0–2.1\mathrm{GeV}/c^2$ region. Using two decay modes of the ${\eta }^{\text{'}}$ meson ( $\gamma {\pi }^{+}{\pi }^{-}$ and $\eta {\pi }^{+}{\pi }^{-}$), a simultaneous fit to the $\phi {\eta }^{\text{'}}$ mass spectra is performed. Assuming the quantum numbers of the $X$ to be $J^P=1^{-}$, its significance is found to be $4.4\sigma$, with a mass and width of $(2002.1\pm 27.5\pm 21.4)\mathrm{MeV}/c^2$ and $(129\pm 17\pm 9)\mathrm{MeV}$, respectively, and a product branching fraction $\mathcal{B}(J/\psi \to \eta X)\times \mathcal{B}(X\to \phi {\eta }^{\text{'}})=(9.8\pm 1.2\pm 1.7)\times {10}^{-5}$. Alternatively, assuming $J^P=1^{+}$, the significance is $3.8\sigma$, with a mass and width of $(2062.8\pm 13.1\pm 7.2)\mathrm{MeV}/c^2$ and $(177\pm 36\pm 35)\mathrm{MeV}$, respectively, and a product branching fraction $\mathcal{B}(J/\psi \to \eta X)\times \mathcal{B}(X\to \phi {\eta }^{\text{'}})=(9.6\pm 1.4\pm 2.0)\times {10}^{-5}$. The angular distribution of $J/\psi \to \eta X$ is studied and the two $J^P$ assumptions of the $X$ cannot be clearly distinguished due to the limited statistics. In all measurements the first uncertainties are statistical and the second systematic.

• Research Organization: George Washington Univ., Washington, DC (United States); Carnegie Mellon Univ., Pittsburgh, PA (United States); Indiana Univ., Bloomington, IN (United States); Univ. of Hawaii, Honolulu, HI (United States); Univ. of Minnesota, Minneapolis, MN (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE Office of Science (SC), Nuclear Physics (NP); National Natural Science Foundation of China (NSFC)
• Contributing Organization: BESIII Collaboration
• Grant/Contract Number: SC0016583; FG02-05ER41374; SC0010118; SC0010504; SC0012069
• OSTI ID: 1526785
• Alternate ID(s): OSTI ID: 1594372
• Journal Information: Physical Review. D., Journal Name: Physical Review. D. Vol. 99 Journal Issue: 11; ISSN 2470-0010
• Publisher: American Physical Society (APS)
• Country of Publication: United States
• Language: English

Related Subjects

73 NUCLEAR PHYSICS AND RADIATION PHYSICS