Observation of new excited $${B} ^0_{s}$$ states

Journal Article · 11 July 2021 · European Physical Journal. C, Particles and Fields

DOI: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09305-3 · OSTI ID:1879373

Aaij, R.; Beteta, C. Abellán; Ackernley, T.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Afsharnia, H.; Aidala, C. A.; Aiola, S.; Ajaltouni, Z.; Akar, S.; Albrecht, J.; Alessio, F.; Alexander, M.; Albero, A. Alfonso; Aliouche, Z.; Alkhazov, G.; Cartelle, P. Alvarez; Amato, S.; Amhis, Y.; An, L. ; Anderlini, L.; Andreianov, A.; Andreotti, M.; Archilli, F.; Artamonov, A.; Artuso, M.; Arzymatov, K.; Aslanides, E.; Atzeni, M.; Audurier, B.; Bachmann, S.; Bachmayer, M.; Back, J. J.; Baker, S.; Rodriguez, P. Baladron; Balagura, V.; Baldini, W.; Leite, J. Baptista; Barlow, R. J.; Barsuk, S.; Barter, W.; Bartolini, M.; Baryshnikov, F.; Basels, J. M.; Bassi, G.; Batsukh, B.; Battig, A.; Bay, A.; Becker, M.; Bedeschi, F.; Bediaga, I.; Beiter, A.; Belavin, V.; Belin, S.; Bellee, V.; Belous, K.; Belov, I.; Belyaev, I.; Bencivenni, G.; Ben-Haim, E.; Berezhnoy, A.; Bernet, R.; Berninghoff, D.; Bernstein, H. C.; Bertella, C.; Bertholet, E.; Bertolin, A.; Betancourt, C.; Betti, F.; Bettler, M. O.; Bezshyiko, Ia; Bhasin, S.; Bhom, J.; Bian, L.; Bieker, M. S.; Bifani, S.; Billoir, P.; Birch, M.; Bishop, F. R.; Bizzeti, A.; Bjørn, M.; Blago, M. P.; Blake, T.; Blanc, F.; Blusk, S.; Bobulska, D.; Boelhauve, J. A.; Garcia, O. Boente; Boettcher, T.; Boldyrev, A.; Bondar, A.; Bondar, N.; Borghi, S.; Borisyak, M.; Borsato, M.; Borsuk, J. T.; Bouchiba, S. A.; Bowcock, T. V.; Boyer, A.; Bozzi, C.; Bradley, M. J.; Braun, S.; Rodriguez, A. Brea; Brodski, M.; Brodzicka, J.; Gonzalo, A. Brossa; Brundu, D.; Buonaura, A.; Burr, C.; Bursche, A.; Butkevich, A.; Butter, J. S.; Buytaert, J.; Byczynski, W.; Cadeddu, S.; Cai, H.; Calabrese, R.; Calefice, L.; Diaz, L. Calero; Cali, S.; Calladine, R.; Calvi, M.; Gomez, M. Calvo; Magalhaes, P. Camargo; Camboni, A.; Campana, P.; Perez, D. Campora; Quezada, A. Campoverde; Capelli, S.; Capriotti, L.; Carbone, A.; Carboni, G.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carli, I.; Carniti, P.; Akiba, K. Carvalho; Vidal, A. Casais; Casse, G.; Cattaneo, M.; Cavallero, G.; Celani, S.; Cerasoli, J.; Chadwick, A. J.; Chapman, M. G.; Charles, M.; Charpentier, Ph; Chatzikonstantinidis, G.; Barajas, C. Chavez; Chefdeville, M.; Chen, C.; Chen, S.; Chernov, A.; Chitic, S. -G.; Chobanova, V.; Cholak, S.; Chrzaszcz, M.; Chubykin, A.; Chulikov, V.; Ciambrone, P.; Cicala, M. F.; Vidal, X. Cid; Ciezarek, G.; Clarke, P. L.; Clemencic, M.; Cliff, H. V.; Closier, J.; Cobbledick, J. L.; Coco, V.; Coelho, J. B.; Cogan, J.; Cogneras, E.; Cojocariu, L.; Collins, P.; Colombo, T.; Congedo, L.; Contu, A.; Cooke, N.; Coombs, G.; Corti, G.; Sobral, C. Costa; Couturier, B.; Craik, D. C.; Crkovská, J.; Torres, M. Cruz; Currie, R.; Da Silva, C. L.; Dall’Occo, E.; Dalseno, J.; D’Ambrosio, C.; Danilina, A.; d’Argent, P.; Davis, A.; De Aguiar Francisco, O.; De Bruyn, K.; De Capua, S.; De Cian, M.; De Miranda, J. M.; De Paula, L.; De Serio, M.; De Simone, D.; De Simone, P.; de Vries, J. A.; Dean, C. T.; Dean, W.; Decamp, D.; Buono, L. Del; Delaney, B.; Dembinski, H. -P.; Dendek, A.; Denysenko, V.; Derkach, D.; Deschamps, O.; Desse, F.; Dettori, F.; Dey, B.; Nezza, P. Di; Didenko, S.; Maronas, L. Dieste; Dijkstra, H.; Dobishuk, V.; Donohoe, A. M.; Dordei, F.; Reis, A. dos; Douglas, L.; Dovbnya, A.; Downes, A. G.; Dreimanis, K.; Dudek, M. W.; Dufour, L.; Duk, V.; Durante, P.; Durham, J. M.; Dutta, D.; Dziewiecki, M.; Dziurda, A.; Dzyuba, A.; Easo, S.; Egede, U.; Egorychev, V.; Eidelman, S.; Eisenhardt, S.; Ek-In, S.; Eklund, L.; Ely, S.; Ene, A.; Epple, E.; Escher, S.; Eschle, J.; Esen, S.; Evans, T.; Falabella, A.; Fan, J.; Fan, Y.; Fang, B.; Farley, N.; Farry, S.; Fazzini, D.; Fedin, P.; Féo, M.; Declara, P. Fernandez; Prieto, A. Fernandez; Arribas, J. Fernandez-tenllado; Ferrari, F.; Lopes, L. Ferreira; Rodrigues, F. Ferreira; Sole, S. Ferreres; Ferrillo, M.; Ferro-Luzzi, M.; Filippov, S.; Fini, R. A.; Fiorini, M.; Firlej, M.; Fischer, K. M.; Fitzpatrick, C.; Fiutowski, T.; Fleuret, F.; Fontana, M.; Fontanelli, F.; Forty, R.; Lima, V. Franco; Sevilla, M. Franco; Frank, M.; Franzoso, E.; Frau, G.; Frei, C.; Friday, D. A.; Fu, J.; Fuehring, Q.; Funk, W.; Gabriel, E.; Gaintseva, T.; Torreira, A. Gallas; Galli, D.; Gambetta, S.; Gan, Y.; Gandelman, M.; Gandini, P.; Gao, Y.; Garau, M.; Martin, L. Garcia; Moreno, P. Garcia; Pardiñas, J. García; Plana, B. Garcia; Rosales, F. Garcia; Garrido, L.; Gascon, D.; Gaspar, C.; Geertsema, R. E.; Gerick, D.; Gerken, L. L.; Gersabeck, E.; Gersabeck, M.; Gershon, T.; Gerstel, D.; Ghez, Ph; Gibson, V.; Giovannetti, M.; Gioventù, A.; Gironell, P. Gironella; Giubega, L.; Giugliano, C.; Gizdov, K.; Gkougkousis, E. L.; Gligorov, V. V.; Göbel, C.; Golobardes, E.; Golubkov, D.; Golutvin, A.; Gomes, A.; Fernandez, S. Gomez; Abrantes, F. Goncalves; Goncerz, M.; Gong, G.; Gorbounov, P.; Gorelov, I. V.; Gotti, C.; Govorkova, E.; Grabowski, J. P.; Diaz, R. Graciani; Grammatico, T.; Cardoso, L. Granado; Graugés, E.; Graverini, E.; Graziani, G.; Grecu, A.; Greeven, L. M.; Griffith, P.; Grillo, L.; Gromov, S.; Gruber, L.; Cazon, B. Gruberg; Gu, C.; Guarise, M.; Günther, P. A.; Gushchin, E.; Guth, A.; Guz, Y.; Gys, T.; Hadavizadeh, T.; Haefeli, G.; Haen, C.; Haimberger, J.; Haines, S. C.; Halewood-leagas, T.; Hamilton, P. M.; Han, Q.; Han, X.; Hancock, T. H.; Hansmann-Menzemer, S.; Harnew, N.; Harrison, T.; Hasse, C.; Hatch, M.; He, J.; Hecker, M.; Heijhoff, K.; Heinicke, K.; Hennequin, A. M.; Hennessy, K.; Henry, L.; Heuel, J.; Hicheur, A.; Hill, D.; Hilton, M.; Hollitt, S. E.; Hopchev, P. H.; Hu, J.; Hu, J.; Hu, W.; Huang, W.; Huang, X.; Hulsbergen, W.; Hunter, R. J.; Hushchyn, M.; Hutchcroft, D.; Hynds, D.; Ibis, P.; Idzik, M.; Ilin, D.; Ilten, P.; Inglessi, A.; Ishteev, A.; Ivshin, K.; Jacobsson, R.; Jakobsen, S.; Jans, E.; Jashal, B. K.; Jawahery, A.; Jevtic, V.; Jezabek, M.; Jiang, F.; John, M.; Johnson, D.; Jones, C. R.; Jones, T. P.; Jost, B.; Jurik, N.; Kandybei, S.; Kang, Y.; Karacson, M.; Kariuki, J. M.; Kazeev, N.; Kecke, M.; Keizer, F.; Kenzie, M.; Ketel, T.; Khanji, B.; Kharisova, A.; Kholodenko, S.; Kim, K. E.; Kirn, T.; Kirsebom, V. S.; Kitouni, O.; Klaver, S.; Klimaszewski, K.; Koliiev, S.; Kondybayeva, A.; Konoplyannikov, A.; Kopciewicz, P.; Kopecna, R.; Koppenburg, P.; Korolev, M.; Kostiuk, I.; Kot, O.; Kotriakhova, S.; Kravchenko, P.; Kravchuk, L.; Krawczyk, R. D.; Kreps, M.; Kress, F.; Kretzschmar, S.; Krokovny, P.; Krupa, W.; Krzemien, W.; Kucewicz, W.; Kucharczyk, M.; Kudryavtsev, V.; Kuindersma, H. S.; Kunde, G. J.; Kvaratskheliya, T.; Lacarrere, D.; Lafferty, G.; Lai, A.; Lampis, A.; Lancierini, D.; Lane, J. J.; Lane, R.; Lanfranchi, G.; Langenbruch, C.; Langer, J.; Lantwin, O.; Latham, T.; Lazzari, F.; Gac, R. Le; Lee, S. H.; Lefèvre, R.; Leflat, A.; Legotin, S.; Leroy, O.; Lesiak, T.; Leverington, B.; Li, H.; Li, L.; Li, P.; Li, X.; Li, Y.; Li, Y.; Li, Z.; Liang, X.; Lin, T.; Lindner, R.; Lisovskyi, V.; Litvinov, R.; Liu, G.; Liu, H.; Liu, S.; Liu, X.; Loi, A.; Castro, J. Lomba; Longstaff, I.; Lopes, J. H.; Loustau, G.; Lovell, G. H.; Lu, Y.; Lucchesi, D.; Luchuk, S.; Martinez, M. Lucio; Lukashenko, V.; Luo, Y.; Lupato, A.; Luppi, E.; Lupton, O.; Lusiani, A.; Lyu, X.; Ma, L.; Maccolini, S.; Machefert, F.; Maciuc, F.; Macko, V.; Mackowiak, P.; Maddrell-Mander, S.; Madejczyk, O.; Mohan, L. Madhan; Maev, O.; Maevskiy, A.; Maisuzenko, D.; Majewski, M. W.; Malde, S.; Malecki, B.; Malinin, A.; Maltsev, T.; Malygina, H.; Manca, G.; Mancinelli, G.; Escalero, R. Manera; Manuzzi, D.; Marangotto, D.; Maratas, J.; Marchand, J. F.; Marconi, U.; Mariani, S.; Benito, C. Marin; Marinangeli, M.; Marino, P.; Marks, J.; Marshall, P. J.; Martellotti, G.; Martinazzoli, L.; Martinelli, M.; Santos, D. Martinez; Vidal, F. Martinez; Massafferri, A.; Materok, M.; Matev, R.; Mathad, A.; Mathe, Z.; Matiunin, V.; Matteuzzi, C.; Mattioli, K. R.; Mauri, A.; Maurice, E.; Mauricio, J.; Mazurek, M.; McCann, M.; Mcconnell, L.; Mcgrath, T. H.; McNab, A.; McNulty, R.; Mead, J. V.; Meadows, B.; Meaux, C.; Meier, G.; Meinert, N.; Melnychuk, D.; Meloni, S.; Merk, M.; Merli, A.; Garcia, L. Meyer; Mikhasenko, M.; Milanes, D. A.; Millard, E.; Milovanovic, M.; Minard, M. -N.; Minzoni, L.; Mitchell, S. E.; Mitreska, B.; Mitzel, D. S.; Mödden, A.; Mohammed, R. A.; Moise, R. D.; Mombächer, T.; Monroy, I. A.; Monteil, S.; Morandin, M.; Morello, G.; Morello, M. J.; Moron, J.; Morris, A. B.; Morris, A. G.; Mountain, R.; Mu, H.; Muheim, F.; Mukherjee, M.; Mulder, M.; Müller, D.; Müller, K.; Murphy, C. H.; Murray, D.; Muzzetto, P.; Naik, P.; Nakada, T.; Nandakumar, R.; Nanut, T.; Nasteva, I.; Needham, M.; Neri, I.; Neri, N.; Neubert, S.; Neufeld, N.; Newcombe, R.; Nguyen, T. D.; Nguyen-Mau, C.; Niel, E. M.; Nieswand, S.; Nikitin, N.; Nolte, N. S.; Nunez, C.; Oblakowska-Mucha, A.; Obraztsov, V.; O’Hanlon, D. P.; Oldeman, R.; Onderwater, C. G.; Ossowska, A.; Goicochea, J. Otalora; Ovsiannikova, T.; Owen, P.; Oyanguren, A.; Pagare, B.; Pais, P. R.; Pajero, T.; Palano, A.; Palutan, M.; Pan, Y.; Panshin, G.; Papanestis, A.; Pappagallo, M.; Pappalardo, L. L.; Pappenheimer, C.; Parker, W.; Parkes, C.; Parkinson, C. J.; Passalacqua, B.; Passaleva, G.; Pastore, A.; Patel, M.; Patrignani, C.; Pawley, C. J.; Pearce, A.; Pellegrino, A.; Altarelli, M. Pepe; Perazzini, S.; Pereima, D.; Perret, P.; Petridis, K.; Petrolini, A.; Petrov, A.; Petrucci, S.; Petruzzo, M.; Philippov, A.; Pica, L.; Piccini, M.; Pietrzyk, B.; Pietrzyk, G.; Pili, M.; Pinci, D.; Pinzino, J.; Pisani, F.; Piucci, A.; P.K, Resmi; Placinta, V.; Playfer, S.; Plews, J.; Casasus, M. Plo; Polci, F.; Lener, M. Poli; Poliakova, M.; Poluektov, A.; Polukhina, N.; Polyakov, I.; Polycarpo, E.; Pomery, G. J.; Ponce, S.; Popov, A.; Popov, D.; Popov, S.; Poslavskii, S.; Prasanth, K.; Promberger, L.; Prouve, C.; Pugatch, V.; Navarro, A. Puig; Pullen, H.; Punzi, G.; Qian, W.; Qin, J.; Quagliani, R.; Quintana, B.; Raab, N. V.; Trejo, R. Rabadan; Rachwal, B.; Rademacker, J. H.; Rama, M.; Pernas, M. Ramos; Rangel, M. S.; Ratnikov, F.; Raven, G.; Reboud, M.; Redi, F.; Reiss, F.; Alepuz, C. Remon; Ren, Z.; Renaudin, V.; Ribatti, R.; Ricciardi, S.; Richards, D. S.; Rinnert, K.; Robbe, P.; Robert, A.; Robertson, G.; Rodrigues, A. B.; Rodrigues, E.; Lopez, J. Rodriguez; Rollings, A.; Roloff, P.; Romanovskiy, V.; Lamas, M. Romero; Vidal, A. Romero; Roth, J. D.; Rotondo, M.; Rudolph, M. S. ; Ruf, T.; Vidal, J. Ruiz; Ryzhikov, A.; Ryzka, J.; Silva, J. Saborido; Sagidova, N.; Sahoo, N.; Saitta, B.; Gonzalo, D. Sanchez; Gras, C. Sanchez; Mayordomo, C. Sanchez; Santacesaria, R.; Rios, C. Santamarina; Santimaria, M.; Santovetti, E.; Saranin, D.; Sarpis, G.; Sarpis, M.; Sarti, A.; Satriano, C.; Satta, A.; Saur, M.; Savrina, D.; Sazak, H.; Smead, L. Scantlebury; Schael, S.; Schellenberg, M.; Schiller, M.; Schindler, H.; Schmelling, M.; Schmelzer, T.; Schmidt, B.; Schneider, O.; Schopper, A.; Schubiger, M.; Schulte, S.; Schune, M. H.; Schwemmer, R.; Sciascia, B.; Sciubba, A.; Sellam, S.; Semennikov, A.; Soares, M. Senghi; Sergi, A.; Serra, N.; Serrano, J.; Sestini, L.; Seuthe, A.; Seyfert, P.; Shangase, D. M.; Shapkin, M.; Shchemerov, I.; Shchutska, L.; Shears, T.; Shekhtman, L.; Shen, Z.; Shevchenko, V.; Shields, E. B.; Shmanin, E.; Shupperd, J. D.; Siddi, B. G.; Coutinho, R. Silva; Simi, G.; Simone, S.; Skiba, I.; Skidmore, N.; Skwarnicki, T.; Slater, M. W.; Smallwood, J. C.; Smeaton, J. G.; Smetkina, A.; Smith, E.; Smith, M.; Snoch, A.; Soares, M.; Lavra, L. Soares; Sokoloff, M. D.; Soler, F. P.; Solovev, A.; Solovyev, I.; De Almeida, F. Souza; De Paula, B. Souza; Spaan, B.; Norella, E. Spadaro; Spradlin, P.; Stagni, F.; Stahl, M.; Stahl, S.; Stefko, P.; Steinkamp, O.; Stemmle, S.; Stenyakin, O.; Stevens, H.; Stone, S.; Stramaglia, M. E.; Straticiuc, M.; Strekalina, D.; Strokov, S.; Suljik, F.; Sun, J.; Sun, L.; Sun, Y.; Svihra, P.; Swallow, P. N.; Swientek, K.; Szabelski, A.; Szumlak, T.; Szymanski, M.; Taneja, S.; Tang, Z.; Tekampe, T.; Teubert, F.; Thomas, E.; Thomson, K. A.; Tilley, M. J.; Tisserand, V.; T’Jampens, S.; Tobin, M.; Tolk, S.; Tomassetti, L.; Machado, D. Torres; Tou, D. Y.; Traill, M.; Tran, M. T.; Trifonova, E.; Trippl, C.; Tsaregorodtsev, A.; Tuci, G.; Tully, A.; Tuning, N.; Ukleja, A.; Unverzagt, D. J.; Usachov, A.; Ustyuzhanin, A.; Uwer, U.; Vagner, A.; Vagnoni, V.; Valassi, A.; Valenti, G.; Canudas, N. Valls; Beuzekom, M. van; Hecke, H. Van; Herwijnen, E. van; Hulse, C. Van; Veghel, M. van; Gomez, R. Vazquez; Regueiro, P. Vazquez; Sierra, C. Vázquez; Vecchi, S.; Velthuis, J. J.; Veltri, M.; Venkateswaran, A.; Veronesi, M.; Vesterinen, M.; Vieira, D.; Diaz, M. Vieites; Viemann, H.; Vilasis-Cardona, X.; Figueras, E. Vilella; Vincent, P.; Vitali, G.; Vollhardt, A.; Bruch, D. Vom; Vorobyev, A.; Vorobyev, V.; Voropaev, N.; Waldi, R.; Walsh, J.; Wang, C.; Wang, J.; Wang, J.; Wang, J.; Wang, J.; Wang, M.; Wang, R.; Wang, Y.; Wang, Z.; Ward, D. R.; Wark, H. M.; Watson, N. K.; Weber, S. G.; Websdale, D.; Weisser, C.; Westhenry, B. C.; White, D. J.; Whitehead, M.; Wiedner, D.; Wilkinson, G.; Wilkinson, M.; Williams, I.; Williams, M.; Williams, M. J.; Wilson, F. F.; Wislicki, W.; Witek, M.; Witola, L.; Wormser, G.; Wotton, S. A.; Wu, H.; Wyllie, K.; Xiang, Z.; Xiao, D.; Xie, Y.; Xing, H.; Xu, A.; Xu, J.; Xu, L.; Xu, M.; Xu, Q.; Xu, Z.; Xu, Z.; Yang, D.; Yang, Y.; Yang, Z.; Yang, Z.; Yao, Y.; Yeomans, L. E.; Yin, H.; Yu, J.; Yuan, X.; Yushchenko, O.; Zarebski, K. A.; Zavertyaev, M.; Zdybal, M.; Zenaiev, O.; Zeng, M.; Zhang, D.; Zhang, L.; Zhang, S.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zhelezov, A.; Zheng, Y.; Zhou, X.; Zhou, Y.; Zhu, X.; Zhukov, V.; Zonneveld, J. B.; Zucchelli, S.; Zuliani, D.; Zunica, G.

A structure is observed in the $${B} ^{\pm }{K} ^{\mp }$$ mass spectrum in a sample of proton–proton collisions at centre-of-mass energies of 7, 8, and 13 TeV, collected with the LHCb detector and corresponding to a total integrated luminosity of 9$$\,\text {fb} ^{-1}$$. The structure is interpreted as the result of overlapping excited $${B} ^0_{s}$$ states. With high significance, a two-peak hypothesis provides a better description of the data than a single resonance. Under this hypothesis the masses and widths of the two states, assuming they decay directly to $${B} ^{\pm }{K} ^{\mp }$$, are determined to be $$\begin{aligned} m_1&= 6063.5 \pm 1.2 \text { (stat)} \pm 0.8\text { (syst)}\,\text {Me}\text {V}, \\ \Gamma _1&= 26 \pm 4 \text { (stat)} \pm 4\text { (syst)}\,\text {Me}\text {V}, \\ m_2&= 6114 \pm 3 \text { (stat)} \pm 5\text { (syst)}\,\text {Me}\text {V}, \\ \Gamma _2&= 66 \pm 18 \text { (stat)} \pm 21\text { (syst)}\,\text {Me}\text {V}. \end{aligned}$$ Alternative values assuming a decay through $${B} ^{*\pm }{K} ^{\mp }$$, with a missing photon from the $$B^{*\pm } \rightarrow B^{\pm }\gamma $$ decay, which are shifted by approximately 45 $$\,\text {Me}$$V, are also determined. The possibility of a single state decaying in both channels is also considered. The ratio of the total production cross-section times branching fraction of the new states relative to the previously observed $$B_{s2}^{*0}$$ state is determined to be $$0.87 \pm 0.15 \text { (stat)} \pm 0.19 \text { (syst)}$$.

• Research Organization: Los Alamos National Laboratory (LANL), Los Alamos, NM (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE Office of Science (SC). Nuclear Physics (NP)
• Contributing Organization: LHCb Collaboration
• Grant/Contract Number: 89233218CNA000001
• OSTI ID: 1879373
• Report Number(s): LA-UR-20-28947
• Journal Information: European Physical Journal. C, Particles and Fields, Journal Name: European Physical Journal. C, Particles and Fields Journal Issue: 7 Vol. 81; ISSN 1434-6044
• Publisher: SpringerCopyright Statement
• Country of Publication: United States
• Language: English