Study of $e^{+}{e}^{-}\to {\pi }^{+}{\pi }^{-}{\pi }^0{\eta }_c$ and evidence for $Z_c(3900{)}^{\pm }$ decaying into ${\rho }^{\pm }{\eta }_c$

Journal Article · Tue Dec 24 00:00:00 EST 2019 · Physical Review D

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.111102· OSTI ID:1580303

Ablikim, M.; Achasov, M. N.; Ahmed, S.; Albrecht, M.; Alekseev, M.; Amoroso, A.; An, F. F.; An, Q.; 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.; Boyko, I. ; Briere, R. A.; Cai, H.; Cai, X.; Calcaterra, A.; Cao, G. F.; Cetin, S. A.; Chai, J.; Chang, J. F.; Chang, W. L.; Chelkov, G.; Chen, G.; Chen, H. S.; Chen, J. C.; Chen, M. L.; Chen, P. L.; Chen, S. J.; Chen, Y. B.; Cheng, W.; 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.; Fan, J. Z.; Fang, J.; Fang, S. S.; Fang, Y.; Farinelli, R.; Fava, L.; Feldbauer, F.; Felici, G.; Feng, C. Q.; Fritsch, M.; Fu, C. D.; Fu, Y.; Gao, X. L.; Gao, Y.; Gao, Y. G.; Gao, Z.; Garzia, I.; Gilman, A.; Goetzen, K.; Gong, L.; Gong, W. X.; Gradl, W.; Greco, M.; Gu, L. M.; Gu, M. H.; Gu, S.; Gu, Y. T.; Guo, A. Q. ; Guo, L. B.; Guo, R. P.; Guo, Y. P.; Guskov, A.; Haddadi, Z.; Han, S.; Hao, X. Q.; Harris, F. A.; He, K. L.; Heinsius, F. H.; Held, T.; Heng, Y. K.; Holtmann, T.; 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.; Huesken, N.; Hussain, T.; Ikegami Andersson, W.; Irshad, M.; Ji, Q.; Ji, Q. P.; Ji, X. B.; Ji, X. L.; Jiang, H. B.; 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.; Kuemmel, M.; Kuessner, M.; Kupsc, A.; Kühn, W.; Lange, J. S.; Larin, P.; Lavezzi, L.; Leiber, S.; Leithoff, H.; Leng, C.; Li, C.; Li, Cheng; Li, D. M.; Li, F.; Li, G.; Li, H. B.; Li, H. J.; Li, J. C.; Li, J. W.; Li, Ke; Li, Lei; Li, P. L.; Li, P. R.; Li, Q. Y.; Li, T.; 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. J.; Liu, H. M.; Liu, Huanhuan; Liu, Huihui; Liu, J. B.; Liu, J. Y.; Liu, K. Y.; Liu, Ke; 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. D.; Lu, J. G.; Lu, Y.; Lu, Y. P.; Luo, C. L.; Luo, M. X.; Luo, P. W.; 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, X. N.; Ma, X. X.; 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.; Min, T. J.; Mitchell, R. E.; Mo, X. H.; Mo, Y. J.; Morales Morales, C.; Muchnoi, N. Yu.; Muramatsu, H.; Mustafa, A.; Nakhoul, S.; Nefedov, Y.; Nerling, F.; Nikolaev, I. B.; Ning, Z.; Nisar, S.; Niu, S. L.; Olsen, S. L.; Ouyang, Q.; Pacetti, S.; Pan, Y.; Papenbrock, M.; Patteri, P.; Pelizaeus, M.; Peng, H. P.; 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.; Ravindran, K.; Redmer, C. F.; Richter, M.; Rivetti, A.; Rolo, M.; Rong, G.; Rosner, Ch.; Rump, M.; Sarantsev, A.; Savrié, M.; Schnier, C.; 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.; Sui, F. F.; Sun, G. X.; Sun, J. F.; Sun, L.; Sun, S. S.; Sun, Y. J.; Sun, Y. K.; Sun, Y. Z.; Sun, Z. J.; Sun, Z. T.; Tan, Y. X.; Tang, C. J.; Tang, G. Y.; Tang, X.; Tiemens, M.; Tsednee, B.; Uman, I.; Wang, B.; Wang, B. L.; Wang, C. W.; Wang, D. Y.; Wang, H. H.; Wang, K.; Wang, L. L.; Wang, L. S.; Wang, M.; Wang, Meng; Wang, P.; Wang, P. L.; Wang, W. P.; Wang, X. F.; Wang, Y.; Wang, Y. D.; 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, X.; 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, X. P.; Yan, F.; Yan, L.; Yan, W. B.; Yan, W. C.; Yang, H. J.; Yang, H. X.; Yang, L.; Yang, R. X.; Yang, S. L.; Yang, Y. H.; Yang, Y. X.; Yang, Yifan; Ye, M.; Ye, M. H.; Yin, J. H.; You, Z. Y.; Yu, B. X.; Yu, C. X.; 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, S. F.; Zhang, T. J.; Zhang, X. Y.; Zhang, Y. H.; Zhang, Y. T.; Zhang, Yan; Zhang, Yang; Zhang, Yao; 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, W. J.; Zheng, Y. H.; Zhong, B.; Zhou, L.; Zhou, Q.; Zhou, X.; Zhou, X. K.; Zhou, X. R.; Zhou, X. Y.; Zhu, A. N.; 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 study the reaction $$e^+e^– → π^+π^–π^0η_c$$ for the first time using data samples collected with the BESIII detector at center-of-mass energies $$\sqrt{s}$$ = 4.226 , 4.258, 4.358, 4.416, and 4.600 GeV. Evidence of this process is found and the Born cross section $$σ^B (e^+e^– → π^+π^–π^0η_c$$), excluding $$e^+e^– → ωη_c$$ and $$ηη_c$$, is measured to be ($$46^{+12}_{–11} ± 10$$) pb at $$\sqrt{s}$$ = 4.226 GeV. Evidence for the decay $$Z_c(3900)^± → ρ^±η_c$$ is reported at $$\sqrt{s}$$ = 4.226 GeV with a significance of 3.9σ, including systematic uncertainties, and the Born cross section times branching fraction $$σ^B(e^+e^– → π^∓Z_c(3900)^±) × \mathcal{B}(Z_c(3900)^± → ρ^±η_c)$$ is measured to be (48 ± 11 ± 11) pb, which indicates that $$e^+e^– → π^∓Z_c( 3900)^± → π^∓ρ^±η_c$$ dominates the $$e^+e^– → π^+π^–π^0η_c$$ process. The $$Z_c(3900)^± → ρ^±η_c$$ signal is not significant at the other center-of-mass energies and the corresponding upper limits are determined. In addition, no significant signal is observed in a search for $$Z_c(4020)^± → ρ^±η_c$$ with the same data samples. The ratios $$R_{Z_c(3900)} = \mathcal{B}(Z_c(3900)^± → ρ^±η_c)/ \mathcal{B}(Z_c(3900)^± → π^± J / ψ)$$ and $$R_{Z_{c(4020)}} = \mathcal{B}(Z_c(4020)^± → ρ^±η_c)/\mathcal{B}(Z_c(4020)^± → π^±h_c)$$ are obtained and compared with different theoretical interpretations of the $$Z_c(3900)^±$$ and $$Z_c(4020)^±$$.

• Research Organization: Indiana Univ., Bloomington, IN (United States); Carnegie Mellon Univ., Pittsburgh, PA (United States); Univ. of Minnesota, Minneapolis, MN (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE Office of Science (SC)
• Contributing Organization: BESIII Collaboration
• Grant/Contract Number: FG02-05ER41374; SC-0010118; SC-0012069; SC0010118; SC0012069
• OSTI ID: 1580303
• Alternate ID(s): OSTI ID: 1800284
• Journal Information: Physical Review D, Journal Name: Physical Review D Vol. 100 Journal Issue: 11; ISSN 2470-0010
• Publisher: American Physical Society
• Country of Publication: United States
• Language: English

Related Subjects

72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS
Astronomy & Astrophysics
Physics