Observation of $J/\psi$ decays to $e^{+}{e}^{-}{e}^{+}{e}^{-}$ and $e^{+}{e}^{-}{\mu }^{+}{\mu }^{-}$

Journal Article · Mon Mar 18 00:00:00 EDT 2024 · Physical Review. D.

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.052006· OSTI ID:2324691

Ablikim, M.; Achasov, M. N.; Adlarson, P.; Ahmed, S.; Albrecht, M.; Aliberti, R.; Amoroso, A.; An, M. R.; An, Q.; Bai, X. H.; Bai, Y.; Bakina, O.; Ferroli, R. Baldini; Balossino, I.; Ban, Y.; Begzsuren, K.; Berger, N.; Bertani, M.; Bettoni, D.; Bianchi, F. ; Bloms, J.; Bortone, A.; Boyko, I.; Briere, R. A.; Cai, H.; Cai, X.; Calcaterra, A.; Cao, G. F.; Cao, N.; Cetin, S. A.; Chang, J. F.; Chang, W. L.; Chelkov, G.; Chen, D. Y.; Chen, G.; Chen, H. S.; Chen, M. L.; Chen, S. J.; Chen, X. R.; Chen, Y. B.; Chen, Z. J.; Cheng, W. S.; Cibinetto, G.; Cossio, F.; Cui, X. F.; Dai, H. L.; Dai, J. P.; Dai, X. C.; Dbeyssi, A.; de Boer, R. E.; 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.; Dong, X.; Du, S. X.; Fan, Y. L.; Fang, J.; Fang, S. S.; Fang, Y.; Farinelli, R.; Fava, L.; Feldbauer, F.; Felici, G.; Feng, C. Q.; Feng, J. H.; Fritsch, M.; Fu, C. D.; Gao, Y.; Gao, Y.; Gao, Y.; Gao, Y. G.; Garzia, I.; Ge, P. T.; Geng, C.; Gersabeck, E. M.; Goetzen, K.; Gong, L.; Gong, W. X.; Gradl, W.; Greco, M.; Gu, L. M.; Gu, M. H.; Gu, S.; Gu, Y. T.; Guan, C. Y.; Guo, A. Q.; Guo, L. B.; Guo, R. P.; Guo, Y. P.; Guskov, A.; Han, T. T.; Han, W. Y.; Hao, X. Q.; Harris, F. A.; Hüsken, H.; He, K. L.; Heinsius, F. H.; Heinz, C. H.; Held, T.; Heng, Y. K.; Herold, C.; Himmelreich, M.; Holtmann, T.; Hou, Y. R.; Hou, Z. L.; Hu, H. M.; Hu, J. F.; Hu, T.; Hu, Y.; Huang, G. S.; Huang, L. Q.; Huang, X. T.; Huang, Y. P.; Huang, Z.; Hussain, T.; Andersson, W. Ikegami; Imoehl, W.; Irshad, M.; Jaeger, S.; Janchiv, S.; Ji, Q.; Ji, Q. P.; Ji, X. B.; Ji, X. L.; Jiang, H. B.; Jiang, X. S.; Jiao, J. B.; Jiao, Z.; Jin, S.; Jin, Y.; Johansson, T.; Kalantar-Nayestanaki, N.; Kang, X. S.; Kappert, R.; Kavatsyuk, M.; Ke, B. C.; Keshk, I. K.; Khoukaz, A.; Kiese, P.; Kiuchi, R.; Kliemt, R.; Koch, L.; Kolcu, O. B.; Kopf, B.; Kuemmel, M.; Kuessner, M.; Kupsc, A.; Kurth, M. G.; Kühn, W.; Lane, J. J.; Lange, J. S.; Larin, P.; Lavania, A.; Lavezzi, L.; Lei, Z. H.; Leithoff, H.; Lellmann, M.; Lenz, T.; Li, C.; Li, C. H.; Li, Cheng; Li, D. M.; Li, F.; Li, G.; Li, H.; Li, H.; Li, H. B.; Li, H. J.; Li, J. L.; Li, J. Q.; Li, J. S.; Li, Ke; Li, L. K.; Li, Lei; Li, P. R.; Li, S. Y.; Li, W. D.; Li, W. G.; Li, X. H.; Li, X. L.; Li, Z. Y.; Liang, H.; Liang, H.; Liang, H.; Liang, Y. F.; Liang, Y. T.; Liao, L. Z.; Libby, J.; Lin, C. X.; Liu, B. J.; Liu, C. X.; Liu, D.; Liu, F. H.; Liu, Fang; Liu, Feng; Liu, H. B.; Liu, H. M.; Liu, Huanhuan; Liu, Huihui; Liu, J. B.; Liu, J. L.; Liu, J. Y.; Liu, K.; Liu, K. Y.; Liu, Ke; Liu, L.; Liu, M. H.; Liu, P. L.; Liu, Q.; Liu, Q.; Liu, S. B.; Liu, Shuai; Liu, T.; Liu, W. M.; Liu, X.; Liu, Y.; Liu, Y. B.; Liu, Z. A.; Liu, Z. Q.; Lou, X. C.; Lu, F. X.; Lu, F. X.; Lu, H. J.; Lu, J. D.; Lu, J. G.; Lu, X. L.; 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, R. Q.; Ma, R. T.; Ma, X. X.; Ma, X. Y.; Maas, F. E.; Maggiora, M.; Maldaner, S.; Malde, S.; Malik, Q. A.; Mangoni, A.; Mao, Y. J.; Mao, Z. P.; Marcello, S.; Meng, Z. X.; Messchendorp, J. G.; Mezzadri, G.; Min, T. J.; Mitchell, R. E.; Mo, X. H.; Mo, Y. J.; Muchnoi, N. Yu.; Muramatsu, H.; Nakhoul, S.; Nefedov, Y.; Nerling, F.; Nikolaev, I. B.; Ning, Z.; Nisar, S.; Olsen, S. L.; Ouyang, Q.; Pacetti, S.; Pan, X.; Pan, Y.; Pathak, A.; Patteri, P.; Pelizaeus, M.; Peng, H. P.; Peters, K.; Pettersson, J.; Ping, J. L.; Ping, R. G.; Poling, R.; Prasad, V.; Qi, H.; Qi, H. R.; Qi, K. H.; Qi, M.; Qi, T. Y.; Qi, T. Y.; Qian, S.; Qian, W. -B.; Qian, Z.; Qiao, C. F.; Qin, L. Q.; Qin, X. S.; Qin, Z. H.; Qiu, J. F.; Qu, S. Q.; Rashid, K. H.; Ravindran, K.; Redmer, C. F.; Rivetti, A.; Rodin, V.; Rolo, M.; Rong, G.; Rosner, Ch.; Rump, M.; Sang, H. S.; Sarantsev, A.; Schelhaas, Y.; Schnier, C.; Schoenning, K.; Scodeggio, M.; Shan, D. C.; Shan, W.; Shan, X. Y.; Shangguan, J. F.; Shao, M.; Shen, C. P.; Shen, P. X.; Shen, X. Y.; Shi, H. C.; Shi, R. S.; Shi, X.; Shi, X. D.; Song, W. M.; Song, Y. X.; Sosio, S.; Spataro, S.; Su, K. X.; Su, P. P.; Sui, F. F.; Sun, G. X.; Sun, H. K.; Sun, J. F.; Sun, L.; Sun, S. S.; Sun, T.; Sun, W. Y.; Sun, W. Y.; Sun, X.; Sun, Y. J.; Sun, Y. K.; Sun, Y. Z.; Sun, Z. T.; Tan, Y. H.; Tan, Y. X.; Tang, C. J.; Tang, G. Y.; Tang, J.; Teng, J. X.; Thoren, V.; Uman, I.; Wang, B.; Wang, C. W.; Wang, D. Y.; Wang, H. J.; Wang, H. P.; Wang, K.; Wang, L. L.; Wang, M.; Wang, M. Z.; Wang, Meng; Wang, W.; Wang, W. H.; Wang, W. P.; Wang, X.; Wang, X. F.; Wang, X. L.; Wang, Y.; Wang, Y.; Wang, Y. D.; Wang, Y. F.; Wang, Y. Q.; Wang, Y. Y.; Wang, Z.; Wang, Z. Y.; Wang, Ziyi; Wang, Zongyuan; Wei, D. H.; Weidenkaff, P.; Weidner, F.; Wen, S. P.; White, D. J.; Wiedner, U.; Wilkinson, G.; Wolke, M.; Wollenberg, L.; Wu, J. F.; Wu, L. H.; Wu, L. J.; Wu, X.; Wu, Z.; Xia, L.; Xiao, H.; Xiao, S. Y.; Xiao, Z. J.; Xie, X. H.; Xie, Y. G.; Xie, Y. H.; Xing, T. Y.; Xu, G. F.; Xu, Q. J.; Xu, W.; Xu, X. P.; Yan, F.; Yan, L.; Yan, W. B.; Yan, W. C.; Yan, Xu; Yang, H. J.; Yang, H. X.; Yang, L.; Yang, S. L.; Yang, Y. X.; Yang, Yifan; Yang, Zhi; Ye, M.; Ye, M. H.; Yin, J. H.; You, Z. Y.; Yu, B. X.; Yu, C. X.; Yu, G.; Yu, J. S.; Yu, T.; Yuan, C. Z.; Yuan, L.; Yuan, X. Q.; Yuan, Y.; Yuan, Z. Y.; Yue, C. X.; Yuncu, A.; Zafar, A. A.; Zeng, Y.; Zhang, B. X.; Zhang, Guangyi; Zhang, H.; Zhang, H. H.; Zhang, H. H.; Zhang, H. Y.; Zhang, J. J.; Zhang, J. L.; Zhang, J. Q.; Zhang, J. W.; Zhang, J. Y.; Zhang, J. Z.; Zhang, Jianyu; Zhang, Jiawei; Zhang, L. Q.; Zhang, Lei; Zhang, S.; Zhang, S. F.; Zhang, Shulei; Zhang, X. D.; Zhang, X. Y.; Zhang, Y.; Zhang, Y. H.; Zhang, Y. T.; Zhang, Yan; Zhang, Yao; Zhang, Yi; Zhang, Z. H.; Zhang, Z. Y.; Zhao, G.; Zhao, J.; Zhao, J. Y.; Zhao, J. Z.; Zhao, Lei; Zhao, Ling; Zhao, M. G.; Zhao, Q.; Zhao, S. J.; Zhao, Y. B.; Zhao, Y. X.; Zhao, Z. G.; Zhemchugov, A.; Zheng, B.; Zheng, J. P.; Zheng, Y.; Zheng, Y. H.; Zhong, B.; Zhong, C.; Zhou, L. P.; Zhou, Q.; Zhou, X.; Zhou, X. K.; Zhou, X. R.; Zhu, A. N.; Zhu, J.; Zhu, K.; Zhu, K. J.; Zhu, S. H.; Zhu, T. J.; Zhu, W. J.; Zhu, W. J.; Zhu, Y. C.; Zhu, Z. A.; Zou, B. S.; Zou, J. H.

Using a data sample of $4.481\times {10}^8\psi \left(3686\right)$ events collected with the BESIII detector, we report the first observation of the four-lepton-decays $J/\psi \to e^{+}{e}^{-}{e}^{+}{e}^{-}$ and $J/\psi \to e^{+}{e}^{-}{\mu }^{+}{\mu }^{-}$ utilizing the process $\psi \left(3686\right)\to {\pi }^{+}{\pi }^{-}J/\psi$ . The branching fractions are determined to be $[5.48\pm 0.31(\mathrm{stat})\pm 0.45(\mathrm{syst}\left)\right]\times {10}^{-5}$ and $[3.53\pm 0.22(\mathrm{stat})\pm 0.13(\mathrm{syst}\left)\right]\times {10}^{-5}$ , respectively. The results are consistent with theoretical predictions. No significant signal is observed for $J/\psi \to {\mu }^{+}{\mu }^{-}{\mu }^{+}{\mu }^{-}$ , and an upper limit on the branching fraction is set at $1.6\times {10}^{-6}$ at the 90% confidence level. A $CP$ asymmetry observable is constructed for the first two channels, which is measured to be $(-0.012\pm 0.054\pm 0.010)$ and $(0.062\pm 0.059\pm 0.006)$ , respectively. No evidence for $CP$ violation is observed in this process.

Published by the American Physical Society 2024

• Research Organization: Indiana Univ., Bloomington, IN (United States); Univ. of Minnesota, Minneapolis, MN (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE; USDOE Office of Science (SC)
• Grant/Contract Number: FG02-05ER41374; SC0012069
• OSTI ID: 2324691
• Alternate ID(s): OSTI ID: 2579370
• Journal Information: Physical Review. D., Journal Name: Physical Review. D. Journal Issue: 5 Vol. 109; ISSN PRVDAQ; ISSN 2470-0010
• Publisher: American Physical Society
• Country of Publication: United States
• Language: English

Related Subjects

Astronomy & Astrophysics
Physics