Study of η′ → π+π−l+l− decays at BESIII

Journal Article · Mon Jul 01 00:00:00 EDT 2024 · Journal of High Energy Physics (Online)

DOI:https://doi.org/10.1007/jhep07(2024)135· OSTI ID:2576090

Ablikim, M.; Achasov, M.; Adlarson, P.; Afedulidis, O.; Ai, X.; Aliberti, R.; Amoroso, A.; An, Q.; Bai, Y.; Bakina, O.; Balossino, I.; Ban, Y.; Bao, H.; Batozskaya, V.; Begzsuren, K.; Berger, N.; Berlowski, M.; Bertani, M.; Bettoni, D.; Bianchi, F. ; Bianco, E.; Bortone, A.; Boyko, I.; Briere, R.; Brueggemann, A.; Cai, H.; Cai, X.; Calcaterra, A.; Cao, G.; Cao, N.; Cetin, S.; Chang, J.; Chang, W.; Che, G.; Chelkov, G.; Chen, C.; Chen, C.; Chen, Chao; Chen, G.; Chen, H.; Chen, M.; Chen, S.; Chen, S.; Chen, S.; Chen, T.; Chen, X.; Chen, X.; Chen, Y.; Chen, Y.; Chen, Z.; Chen, Z.; Choi, S.; Chu, X.; Cibinetto, G.; Cossio, F.; Cui, J.; Dai, H.; Dai, J.; Dbeyssi, A.; de Boer, R.; Dedovich, D.; Deng, C.; Deng, Z.; Denig, A.; Denysenko, I.; Destefanis, M.; De Mori, F.; Ding, B.; Ding, X.; Ding, Y.; Ding, Y.; Dong, J.; Dong, L.; Dong, M.; Dong, X.; Du, M.; Du, S.; Duan, Z.; Egorov, P.; Fan, Y.; Fang, J.; Fang, J.; Fang, S.; Fang, W.; Fang, Y.; Fang, Y.; Farinelli, R.; Fava, L.; Feldbauer, F.; Felici, G.; Feng, C.; Feng, J.; Feng, Y.; Fischer, K.; Fritsch, M.; Fu, C.; Fu, J.; Fu, Y.; Gao, H.; Gao, Y.; Gao, Yang; Garbolino, S.; Garzia, I.; Ge, P.; Ge, Z.; Geng, C.; Gersabeck, E.; Gilman, A.; Goetzen, K.; Gong, L.; Gong, W.; Gradl, W.; Gramigna, S.; Greco, M.; Gu, M.; Gu, Y.; Guan, C.; Guan, Z.; Guo, A.; Guo, L.; Guo, M.; Guo, R.; Guo, Y.; Guskov, A.; Gutierrez, J.; Han, K.; Han, T.; Hao, X.; Harris, F.; He, K.; He, K.; Heinsius, F.; Heinz, C.; Heng, Y.; Herold, C.; Holtmann, T.; Hong, P.; Hou, G.; Hou, X.; Hou, Y.; Hou, Z.; Hu, B.; Hu, H.; Hu, J.; Hu, T.; Hu, Y.; Huang, G.; Huang, K.; Huang, L.; Huang, X.; Huang, Y.; Hussain, T.; Hölzken, F.; Hüsken, N.; in der Wiesche, N.; Irshad, M.; Jackson, J.; Janchiv, S.; Jeong, J.; Ji, Q.; Ji, Q.; Ji, W.; Ji, X.; Ji, X.; Ji, Y.; Jia, X.; Jia, Z.; Jiang, D.; Jiang, H.; Jiang, P.; Jiang, S.; Jiang, T.; Jiang, X.; Jiang, Y.; Jiao, J.; Jiao, J.; Jiao, Z.; Jin, S.; Jin, Y.; Jing, M.; Jing, X.; Johansson, T.; Kabana, S.; Kalantar-Nayestanaki, N.; Kang, X.; Kang, X.; Kavatsyuk, M.; Ke, B.; Khachatryan, V.; Khoukaz, A.; Kiuchi, R.; Kolcu, O.; Kopf, B.; Kuessner, M.; Kui, X.; Kupsc, A.; Kühn, W.; Lane, J.; Larin, P.; Lavezzi, L.; Lei, T.; Lei, Z.; Leithoff, H.; Lellmann, M.; Lenz, T.; Li, C.; Li, C.; Li, C.; Li, Cheng; Li, D.; Li, F.; Li, G.; Li, H.; Li, H.; Li, H.; Li, H.; Li, Hui; Li, J.; Li, J.; Li, Ke; Li, L.; Li, L.; Li, Lei; Li, M.; Li, P.; Li, Q.; Li, Q.; Li, R.; Li, S.; Li, T.; Li, W.; Li, W.; Li, X.; Li, X.; Li, X.; Li, Xiaoyu; Li, Y.; Li, Z.; Li, Z.; Liang, C.; Liang, H.; Liang, H.; Liang, Y.; Liang, Y.; Liao, G.; Liao, L.; Liao, Y.; Libby, J.; Limphirat, A.; Lin, D.; Lin, T.; Liu, B.; Liu, B.; Liu, C.; Liu, C.; Liu, F.; Liu, Fang; Liu, Feng; Liu, G.; Liu, H.; Liu, H.; Liu, H.; Liu, Huanhuan; Liu, Huihui; Liu, J.; Liu, J.; Liu, K.; Liu, K.; Liu, Ke; Liu, L.; Liu, L.; Liu, Lu; Liu, M.; Liu, P.; Liu, Q.; Liu, S.; Liu, T.; Liu, W.; Liu, W.; Liu, X.; Liu, X.; Liu, Y.; Liu, Y.; Liu, Y.; Liu, Z.; Liu, Z.; Liu, Z.; Lou, X.; Lu, F.; Lu, H.; Lu, J.; Lu, X.; Lu, Y.; Lu, Y.; Lu, Z.; Luo, C.; Luo, M.; Luo, T.; Luo, X.; Lyu, X.; Lyu, Y.; Ma, F.; Ma, H.; Ma, H.; Ma, J.; Ma, L.; Ma, M.; Ma, Q.; Ma, R.; Ma, X.; Ma, X.; Ma, Y.; Ma, Y.; Maas, F.; Maggiora, M.; Malde, S.; Mangoni, A.; Mao, Y.; Mao, Z.; Marcello, S.; Meng, Z.; Messchendorp, J.; Mezzadri, G.; Miao, H.; Min, T.; Mitchell, R.; Mo, X.; Moses, B.; Muchnoi, N.; Muskalla, J.; Nefedov, Y.; Nerling, F.; Nikolaev, I.; Ning, Z.; Nisar, S.; Niu, Q.; Niu, W.; Niu, Y.; Olsen, S.; Ouyang, Q.; Pacetti, S.; Pan, X.; Pan, Y.; Pathak, A.; Patteri, P.; Pei, Y.; Pelizaeus, M.; Peng, H.; Peng, Y.; Peters, K.; Ping, J.; Ping, R.; Plura, S.; Prasad, V.; Qi, F.; Qi, H.; Qi, H.; Qi, M.; Qi, T.; Qian, S.; Qian, W.; Qiao, C.; Qin, J.; Qin, L.; Qin, X.; Qin, Z.; Qiu, J.; Qu, S.; Qu, Z.; Redmer, C.; Ren, K.; Rivetti, A.; Rolo, M.; Rong, G.; Rosner, Ch.; Ruan, S.; Salone, N.; Sarantsev, A.; Schelhaas, Y.; Schoenning, K.; Scodeggio, M.; Shan, K.; Shan, W.; Shan, X.; Shangguan, J.; Shao, L.; Shao, M.; Shen, C.; Shen, H.; Shen, W.; Shen, X.; Shi, B.; Shi, H.; Shi, J.; Shi, J.; Shi, Q.; Shi, R.; Shi, S.; Shi, X.; Song, J.; Song, T.; Song, W.; Song, Y.; Sosio, S.; Spataro, S.; Stieler, F.; Su, Y.; Sun, G.; Sun, G.; Sun, H.; Sun, H.; Sun, J.; Sun, K.; Sun, L.; Sun, S.; Sun, T.; Sun, W.; Sun, Y.; Sun, Y.; Sun, Y.; Sun, Z.; Sun, Z.; Tang, C.; Tang, G.; Tang, J.; Tang, Y.; Tao, L.; Tao, Q.; Tat, M.; Teng, J.; Thoren, V.; Tian, W.; Tian, Y.; Tian, Z.; Uman, I.; Wan, Y.; Wang, S.; Wang, B.; Wang, B.; Wang, Bo; Wang, D.; Wang, F.; Wang, H.; Wang, J.; Wang, K.; Wang, L.; Wang, M.; Wang, Meng; Wang, N.; Wang, S.; Wang, S.; Wang, T.; Wang, T.; Wang, W.; Wang, W.; Wang, W.; Wang, X.; Wang, X.; Wang, X.; Wang, X.; Wang, X.; Wang, Y.; Wang, Y.; Wang, Y.; Wang, Y.; Wang, Y.; Wang, Y.; Wang, Yaqian; Wang, Yi; Wang, Z.; Wang, Z.; Wang, Z.; Wang, Ziyi; Wei, D.; Wei, D.; Weidner, F.; Wen, S.; Wen, Y.; Wiedner, U.; Wilkinson, G.; Wolke, M.; Wollenberg, L.; Wu, C.; Wu, J.; Wu, L.; Wu, L.; Wu, X.; Wu, X.; Wu, Y.; Wu, Y.; Wu, Y.; Wu, Z.; Xia, L.; Xian, X.; Xiang, B.; Xiang, T.; Xiao, D.; Xiao, G.; Xiao, S.; Xiao, Y.; Xiao, Z.; Xie, C.; Xie, X.; Xie, Y.; Xie, Y.; Xie, Y.; Xie, Z.; Xing, T.; Xu, C.; Xu, C.; Xu, G.; Xu, H.; Xu, Q.; Xu, Q.; Xu, W.; Xu, W.; Xu, X.; Xu, Y.; Xu, Z.; Xu, Z.; Yan, F.; Yan, L.; Yan, W.; Yan, W.; Yan, X.; Yang, H.; Yang, H.; Yang, H.; Yang, Tao; Yang, Y.; Yang, Y.; Yang, Y.; Yang, Yifan; Yang, Z.; Yao, Z.; Ye, M.; Ye, M.; Yin, J.; You, Z.; Yu, B.; Yu, C.; Yu, G.; Yu, J.; Yu, T.; Yu, X.; Yuan, C.; Yuan, J.; Yuan, L.; Yuan, S.; Yuan, Y.; Yuan, Z.; Yue, C.; Zafar, A.; Zeng, F.; Zeng, S.; Zeng, X.; Zeng, Y.; Zeng, Y.; Zeng, Y.; Zhai, X.; Zhai, Y.; Zhan, Y.; Zhang, A.; Zhang, B.; Zhang, B.; Zhang, D.; Zhang, G.; Zhang, H.; Zhang, H.; Zhang, H.; Zhang, H.; Zhang, H.; Zhang, H.; Zhang, J.; Zhang, J.; Zhang, J.; Zhang, J.; Zhang, J.; Zhang, J.; Zhang, J.; Zhang, J.; Zhang, J.; Zhang, Jianyu; Zhang, L.; Zhang, Lei; Zhang, P.; Zhang, Q.; Zhang, Shuihan; Zhang, Shulei; Zhang, X.; Zhang, X.; Zhang, X.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zhang, Yan; Zhang, Yao; Zhang, Z.; Zhang, Z.; Zhang, Z.; Zhang, Z.; Zhang, Z.; Zhao, G.; Zhao, J.; Zhao, J.; Zhao, Lei; Zhao, Ling; Zhao, M.; Zhao, R.; Zhao, S.; Zhao, Y.; Zhao, Y.; Zhao, Z.; Zhemchugov, A.; Zheng, B.; Zheng, J.; Zheng, W.; Zheng, Y.; Zhong, B.; Zhong, X.; Zhou, H.; Zhou, J.; Zhou, L.; Zhou, X.; Zhou, X.; Zhou, X.; Zhou, X.; Zhou, Y.; Zhu, J.; Zhu, K.; Zhu, K.; Zhu, L.; Zhu, L.; Zhu, S.; Zhu, S.; Zhu, T.; Zhu, W.; Zhu, Y.; Zhu, Z.; Zou, J.; Zu, J.

Abstract

With a sample of (10087±44)×10⁶J/ψevents accumulated with the BESIII detector, we analyze the decaysη′→ π⁺π⁻l⁺l⁻(l=e, μ) via the processJ/ψ → γη′. The branching fractions are measured to be$$$$ \mathcal{B} $$$$ $B$ (η′→ π⁺π⁻e⁺e⁻) = (2.45±0.02(stat.)±0.08(syst.))×10⁻³and$$$$ \mathcal{B} $$$$ $B$ (η′→ π⁺π⁻μ⁺μ⁻) = (2.16±0.12(stat.)±0.06(syst.))×10⁻⁵, and the ratio is$$$$ \frac{\mathcal{B}\left({\eta}^{\prime}\to {\pi}^{+}{\pi}^{-}{e}^{+}{e}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\eta}^{\prime}\to {\pi}^{+}{\pi}^{-}{\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)}=113.4\pm 0.9\left(\textrm{stat}.\right)\pm 3.7\left(\textrm{syst}.\right) $$$$ $\frac{B\left({\eta }^{\prime }\to {\pi }^{+}{\pi }^{-}{e}^{+}{e}^{-}\right)}{B\left({\eta }^{\prime }\to {\pi }^{+}{\pi }^{-}{\mu }^{+}{\mu }^{-}\right)}=113.4\pm 0.9\left(\text{stat}.\right)\pm 3.7\left(\text{syst}.\right)$ . In addition, by combining theη′ →π⁺π⁻e⁺e⁻andη′ →π⁺π⁻μ⁺μ⁻decays, the slope parameter of the electromagnetic transition form factor is measured to beb_η′ = 1.30 ± 0.19 (GeV/c²)⁻², which is consistent with previous measurements from BESIII and theoretical predictions from the VMD model. The asymmetry in the angle between theπ⁺π⁻andl⁺l⁻decay planes, which has the potential to reveal theCP-violation originating from an unconventional electric dipole transition, is also investigated. The asymmetry parameters are determined to be$$$$ {\mathcal{A}}_{CP}\left({\eta}^{\prime}\to {\pi}^{+}{\pi}^{-}{e}^{+}{e}^{-}\right)=\left(-0.21\pm 0.73\left(\textrm{stat}.\right)\pm 0.01\left(\textrm{syst}.\right)\right)\% $$$$ $A_{\mathrm{CP}}\left({\eta }^{\prime }\to {\pi }^{+}{\pi }^{-}{e}^{+}{e}^{-}\right)=\left(-0.21\pm 0.73\left(\text{stat}.\right)\pm 0.01\left(\text{syst}.\right)\right)\%$ and$$$$ {\mathcal{A}}_{CP}\left({\eta}^{\prime}\to {\pi}^{+}{\pi}^{-}{\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)=\left(0.62\pm 4.71\left(\textrm{stat}.\right)\pm 0.08\left(\textrm{syst}.\right)\right)\% $$$$ $A_{\mathrm{CP}}\left({\eta }^{\prime }\to {\pi }^{+}{\pi }^{-}{\mu }^{+}{\mu }^{-}\right)=\left(0.62\pm 4.71\left(\text{stat}.\right)\pm 0.08\left(\text{syst}.\right)\right)\%$ , implying that no evidence ofCP-violation is observed at the present statistics. Finally, an axion-like particle is searched for via the decayη′ →π⁺π⁻a, a→e⁺e⁻, and upper limits of the branching fractions are presented for the mass assumptions of the axion-like particle in the range of 0−500 MeV/c².

• Research Organization: Indiana Univ., Bloomington, IN (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE Office of Science (SC)
• Grant/Contract Number: FG02-05ER41374
• OSTI ID: 2576090
• Journal Information: Journal of High Energy Physics (Online), Journal Name: Journal of High Energy Physics (Online) Journal Issue: 7 Vol. 2024; ISSN 1029-8479
• Publisher: Springer Nature
• Country of Publication: United States
• Language: EN

Related Subjects

Physics