Title: Observation of ${\eta }_c\left(2S\right)\to 3\left({\pi }^{+}{\pi }^{-}\right)$ and measurements of ${\chi }_{cJ}\to 3\left({\pi }^{+}{\pi }^{-}\right)$ in $\psi \left(3686\right)$ radiative transitions

Abstract

The hadronic decay $$η_c(2S) → 3(π^+π^-)$$ is observed with a statistical significance of 9.3 standard deviations using $(448.1 ± 2.9) × 10^6 ψ(3686)$ events collected by the BESIII detector at the BEPCII collider. The measured mass and width of $$η_c(2S)$$ are $$(3643.4 ± 2.3 (\text{stat}) ± 4.4 (\text{syst})) \text{MeV}/c^2$$ and $$(19.8 ± 3.9 (\text{stat}) ± 3.1 (\text{syst})) \text{MeV}$$, respectively, which are consistent with the world average values within two standard deviations. The product branching fraction $$\mathscr{B}[ψ(3686) → γη_c (2S)] × \mathscr{B}[η_c(2S) → 3(π^+π^-)]$$ is measured to be $$(9.2 ± 1.0 (\text{stat}) ± 1.2 (\text{syst})) × 10^6$$. Using $$\mathscr{B}[ψ(3686) → γη_c (2S)] = (7.0\frac{+ 3.4}{-2.5}) × 10^{-4}$$, we obtain $$\mathscr{B}[η_c(2S) → 3(π^+π^-)] = (1.31 ± 0.15 (\text{stat}) ± 0.17 (\text{syst}) (\frac{+0.64}{-0.47}) (\text{extr})) × 10^{-2}$$, where the third uncertainty is from $$\mathscr{B}[ ψ (3686) → γη_c(2S)] $$. We also measure the $$χ_{cJ} → 3(π^+π^-) (J = 0, 1, 2)$$ decays via $$ψ' → γχ_{cJ}$$ transitions. The branching fractions are $$\mathscr{B}[χ_{c0} → 3 (π^+π^-)] = (2.080 ± 0.006 (\text{stat}) ± 0.068 (\text{syst})) × 10^{-2}$$, $$\mathscr{B}[χ_{c1} → 3(π^+π^-)] = (1.092 ± 0.004 (\text{stat}) ± 0.035 (\text{syst})) × 10^{-2}$$, and $$\mathscr{B}[χ_{c2} → 3 (π^+π^-)] = (1.565 ± 0.005 (\text{stat}) ± 0.048 (\text{syst})) × 10^{-2}$$.

Authors:

Ablikim, M.; Achasov, M. N.; Adlarson, P.; Albrecht, M.; Aliberti, R.; Amoroso, A.; An, M. R.; An, Q.; Bai, X. H.; Bai, Y.; Bakina, O.; Baldini Ferroli, R.; Balossino, I.; Ban, Y.; Batozskaya, V.; Becker, D.; Begzsuren, K.; Berger, N.; Bertani, M.; Bettoni, D. more »; Bianchi, F.; Bloms, J.; Bortone, A.; Boyko, I.; Briere, R. A.; Brueggemann, A.; Cai, H.; Cai, X.; Calcaterra, A.; Cao, G. F.; Cao, N.; Cetin, S. A.; Chang, J. F.; Chang, W. L.; Chelkov, G.; Chen, C.; Chen, Chao; Chen, G.; Chen, H. S.; Chen, M. L.; Chen, S. J.; Chen, S. M.; Chen, T.; Chen, X. R.; Chen, X. T.; Chen, Y. B.; Chen, Z. J.; Cheng, W. S.; Choi, S. K.; Chu, X.; Cibinetto, G.; Cossio, F.; Cui, J. J.; Dai, H. L.; Dai, J. P.; Dbeyssi, A.; de Boer, R. E.; Dedovich, D.; Deng, Z. Y.; Denig, A.; Denysenko, I.; Destefanis, M.; De Mori, F.; Ding, Y.; Dong, J.; Dong, L. Y.; Dong, M. Y.; Dong, X.; Du, S. X.; Egorov, P.; Fan, Y. L.; Fang, J.; Fang, S. S.; Fang, W. X.; Fang, Y.; Farinelli, R.; Fava, L.; Feldbauer, F.; Felici, G.; Feng, C. Q.; Feng, J. H.; Fischer, K.; Fritsch, M.; Fritzsch, C.; Fu, C. D.; Gao, H.; Gao, Y. N.; Gao, Yang; Garbolino, S.; Garzia, I.; Ge, P. T.; Ge, Z. W.; Geng, C.; Gersabeck, E. M.; Gilman, A.; Goetzen, K.; Gong, L.; Gong, W. X.; Gradl, W.; Greco, M.; Gu, L. M.; Gu, M. H.; Gu, Y. T.; Guan, C. Y.; Guo, A. Q.; Guo, L. B.; Guo, R. P.; Guo, Y. P. ;

• Search DOE PAGES for author "Guo, Y. P."
• Search DOE PAGES for ORCID "0000-0003-2185-9714"

Guskov, A.; Han, T. T.; Han, W. Y.; Hao, X. Q.; Harris, F. A.; He, K. K.; He, K. L.; Heinsius, F. H.; Heinz, C. H.; Heng, Y. K.; Herold, C.; Himmelreich, M.; Hou, G. Y.; Hou, Y. R.; Hou, Z. L.; Hu, H. M.; Hu, J. F.; Hu, T.; Hu, Y.; Huang, G. S.; Huang, K. X.; Huang, L. Q.; Huang, L. Q.; Huang, X. T.; Huang, Y. P.; Huang, Z.; Hussain, T.; Hüsken, N.; Imoehl, W.; Irshad, M.; Jackson, J.; Jaeger, S.; Janchiv, S.; Jang, E.; Jeong, J. H.; Ji, Q.; Ji, Q. P.; Ji, X. B.; Ji, X. L.; Ji, Y. Y.; Jia, Z. K.; Jiang, H. B.; Jiang, S. S.; Jiang, X. S.; Jiang, Y.; Jiao, J. B.; Jiao, Z.; Jin, S.; Jin, Y.; Jing, M. Q.; 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.; 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.; Li, C. H.; Li, Cheng; Li, D. M.; Li, F.; Li, G.; Li, H.; Li, H.; Li, H. B.; Li, H. J.; Li, H. N.; Li, J. Q.; Li, J. S.; Li, J. W.; Li, Ke; Li, L. J.; Li, L. K.; Li, Lei; Li, M. H.; Li, P. R.; Li, S. X. ;

• Search DOE PAGES for author "Li, S. X."
• Search DOE PAGES for ORCID "0000-0003-4669-1495"

Li, S. Y.; Li, T.; Li, W. D.; Li, W. G.; Li, X. H.; Li, X. L.; Li, Xiaoyu; Liang, H.; Liang, H.; Liang, H.; Liang, Y. F.; Liang, Y. T.; Liao, G. R.; Liao, L. Z.; Libby, J.; Limphirat, A.; Lin, C. X.; Lin, D. X.; Lin, T.; Liu, B. J.; Liu, C. X.; Liu, D.; Liu, F. H.; Liu, Fang; Liu, Feng; Liu, G. M.; Liu, H.; 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, Lu; Liu, M. H.; Liu, P. L.; Liu, Q.; Liu, S. B.; Liu, T.; Liu, W. K.; Liu, W. M.; Liu, X.; Liu, Y.; Liu, Y. B.; Liu, Z. A.; Liu, Z. Q.; Lou, X. C.; Lu, F. X.; Lu, H. J.; Lu, J. G.; Lu, X. L.; Lu, Y.; Lu, Y. P.; Lu, Z. H.; Luo, C. L.; Luo, M. X.; Luo, T.; Luo, X. L.; Lyu, X. R.; Lyu, Y. F.; Ma, F. C.; Ma, H. L.; Ma, L. L.; Ma, M. M.; Ma, Q. M.; Ma, R. Q.; Ma, R. T.; Ma, X. Y.; Ma, 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.; Miao, H.; Min, T. J.; Mitchell, R. E.; Mo, X. H.; Muchnoi, N. Yu.; Nefedov, Y.; Nerling, F.; Nikolaev, I. B.; Ning, Z.; Nisar, S.; Niu, Y.; Olsen, S. L.; Ouyang, Q.; Pacetti, S.; Pan, X.; Pan, Y.; Pathak, A.; Pathak, A.; Pelizaeus, M.; Peng, H. P.; Peters, K.; Pettersson, J.; Ping, J. L.; Ping, R. G.; Plura, S.; Pogodin, S.; Prasad, V.; Qi, F. Z.; Qi, H.; Qi, H. R.; Qi, M.; Qi, T. Y.; Qian, S.; Qian, W. B.; Qian, Z.; Qiao, C. F.; Qin, J. J.; Qin, L. Q.; Qin, X. P.; Qin, X. S.; Qin, Z. H.; Qiu, J. F.; Qu, S. Q.; Qu, S. Q.; Rashid, K. H.; Redmer, C. F.; Ren, K. J.; Rivetti, A.; Rodin, V.; Rolo, M.; Rong, G.; Rosner, Ch.; Ruan, S. N.; Sang, H. S.; Sarantsev, A.; Schelhaas, Y.; Schnier, C.; Schönning, K.; Scodeggio, M.; Shan, K. Y.; Shan, W.; Shan, X. Y.; Shangguan, J. F.; Shao, L. G.; Shao, M.; Shen, C. P. ;

• Search DOE PAGES for author "Shen, C. P."
• Search DOE PAGES for ORCID "0000-0002-9012-4618"

Shen, H. F.; Shen, X. Y.; Shi, B. A.; Shi, H. C.; Shi, J. Y.; Shi, Q. Q.; Shi, R. S.; Shi, X.; Shi, X. D.; Song, J. J.; Song, W. M.; Song, Y. X.; Sosio, S.; Spataro, S.; Stieler, F.; Su, K. X.; Su, P. P.; Su, Y. J.; Sun, G. X.; Sun, H.; Sun, H. K.; Sun, J. F.; Sun, L.; Sun, S. S.; Sun, T.; Sun, W. Y.; Sun, X.; Sun, Y. J.; Sun, Y. Z.; Sun, Z. T.; Tan, Y. H.; Tan, Y. X.; Tang, C. J.; Tang, G. Y.; Tang, J.; Tao, L. Y.; Tao, Q. T.; Tat, M.; Teng, J. X.; Thoren, V.; Tian, W. H.; Tian, Y.; Uman, I.; Wang, B.; Wang, B. L.; Wang, C. W.; Wang, D. Y.; Wang, F.; Wang, H. J.; Wang, H. P.; Wang, K.; Wang, L. L.; Wang, M.; Wang, M. Z.; Wang, Meng; Wang, S.; Wang, S.; Wang, T.; Wang, T. J.; Wang, W.; Wang, W. H.; Wang, W. P.; Wang, X.; Wang, X. F.; Wang, X. L.; Wang, Y. D.; Wang, Y. F.; Wang, Y. H.; Wang, Y. Q.; Wang, Yaqian; Wang, Yi; Wang, Z.; Wang, Z. Y.; Wang, Ziyi; Wei, D. H.; 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, X. H.; Wu, Y.; Wu, Z.; Xia, L.; Xiang, T.; Xiao, D.; Xiao, G. Y.; Xiao, H.; Xiao, S. Y.; Xiao, Y. L.; Xiao, Z. J.; Xie, C.; Xie, X. H.; Xie, Y.; Xie, Y. G.; Xie, Y. H.; Xie, Z. P.; Xing, T. Y.; Xu, C. F.; Xu, C. J.; Xu, G. F.; Xu, H. Y.; Xu, Q. J.; Xu, X. P.; Xu, Y. C.; Xu, Z. P.; Yan, F.; Yan, L.; Yan, W. B.; Yan, W. C.; Yang, H. J.; Yang, H. L.; Yang, H. X.; Yang, L.; Yang, S. L.; Yang, Tao; Yang, Y. F.; Yang, Y. X.; Yang, Yifan; Ye, M.; Ye, M. H.; Yin, J. H.; You, Z. Y.; Yu, B. X.; Yu, C. X.; Yu, G.; Yu, T.; Yu, X. D.; Yuan, C. Z.; Yuan, L.; Yuan, S. C.; Yuan, X. Q.; Yuan, Y.; Yuan, Z. Y.; Yue, C. X.; Zafar, A. A.; Zeng, F. R.; Zeng, X.; Zeng, Y.; Zhan, Y. H.; Zhang, A. Q.; Zhang, B. L.; Zhang, B. X.; Zhang, D. H.; Zhang, G. Y.; Zhang, H.; Zhang, H. H.; Zhang, H. H.; Zhang, H. Y.; Zhang, J. L.; Zhang, J. Q.; Zhang, J. W.; Zhang, J. X.; Zhang, J. Y.; Zhang, J. Z.; Zhang, Jianyu; Zhang, Jiawei; Zhang, L. M.; Zhang, L. Q.; Zhang, Lei; Zhang, P.; Zhang, Q. Y.; Zhang, Shuihan; Zhang, Shulei; Zhang, X. D.; Zhang, X. M.; Zhang, X. Y.; Zhang, X. Y.; Zhang, Y.; Zhang, Y. T.; Zhang, Y. H.; Zhang, Yan; Zhang, Yao; Zhang, Z. H.; Zhang, Z. Y.; 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. H.; Zhong, B.; Zhong, C.; Zhong, X.; Zhou, H.; Zhou, L. P.; Zhou, X.; Zhou, X. K.; Zhou, X. R.; Zhou, X. Y.; Zhou, Y. Z.; Zhu, J.; Zhu, K.; Zhu, K. J.; Zhu, L. X.; Zhu, S. H.; Zhu, S. Q.; Zhu, T. J.; Zhu, W. J.; Zhu, Y. C.; Zhu, Z. A.; Zou, B. S.; Zou, J. H.; BESIII Collaboration « less

Publication Date:

Mon Aug 22 00:00:00 EDT 2022

Research Org.:

Indiana Univ., Bloomington, IN (United States)

Sponsoring Org.:

USDOE Office of Science (SC); National Natural Science Foundation of China (NSFC); Chinese Academy of Sciences (CAS); National Key Research and Development Program of China

Contributing Org.:

BESIII Collaboration

OSTI Identifier:

1882787

Alternate Identifier(s):

OSTI ID: 1980149

Grant/Contract Number:  

FG02-05ER41374; 160355; B16F640076

Resource Type:

Published Article

Journal Name:

Physical Review D

Additional Journal Information:

Journal Name: Physical Review D Journal Volume: 106 Journal Issue: 3; Journal ID: ISSN 2470-0010

Publisher:

American Physical Society

Country of Publication:

United States

Language:

English

Subject:

72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS; Astronomy & Astrophysics; Physics