# Observation and study of the decay $J/\psi\rightarrow\phi\eta\eta'$

**Authors:** M. Ablikim, M. N. Achasov, S. Ahmed, M. Albrecht, M. Alekseev, A., Amoroso, F. F. An, Q. An, J. Z. Bai, Y. Bai, O. Bakina, R. Baldini Ferroli,, Y. Ban, K. Begzsuren, D. W. Bennett, J. V. Bennett, N. Berger, M. Bertani, D., Bettoni, F. Bianchi, E. Boger, I. Boyko, R. A. Briere, H. Cai, X. Cai, O., Cakir, A. Calcaterra, G. F. Cao, S. A. Cetin, J. Chai, J. F. Chang, G., Chelkov, G. Chen, H. S. Chen, J. C. Chen, M. L. Chen, P. L. Chen, S. J. Chen,, X. R. Chen, Y. B. Chen, W. Cheng, X. K. Chu, G. Cibinetto, F. Cossio, H. L., Dai, J. P. Dai, A. Dbeyssi, D. Dedovich, Z. Y. Deng, A. Denig, I. Denysenko,, M. Destefanis, F. De Mori, Y. Ding, C. Dong, J. Dong, L. Y. Dong, M. Y. Dong,, Z. L. Dou, S. X. Du, P. F. Duan, J. Fang, S. S. Fang, Y. Fang, R. Farinelli,, L. Fava, S. Fegan, F. Feldbauer, G. Felici, C. Q. Feng, E. Fioravanti, M., Fritsch, C. D. Fu, Q. Gao, X. L. Gao, Y. Gao, Y. G. Gao, Z. Gao, B. Garillon,, I. Garzia, A. Gilman, K. Goetzen, L. Gong, W. X. Gong, W. Gradl, M. Greco, M., H. Gu, Y. T. Gu, A. Q. Guo, R. P. Guo, Y. P. Guo, A. Guskov, Z. Haddadi, S., Han, X. Q. Hao, F. A. Harris, K. L. He, X. Q. He, F. H. Heinsius, T. Held, Y., K. Heng, Z. L. Hou, H. M. Hu, J. F. Hu, T. Hu, Y. Hu, G. S. Huang, J. S., Huang, X. T. Huang, X. Z. Huang, Z. L. Huang, T. Hussain, W. Ikegami, Andersson, M. Irshad, Q. Ji, Q. P. Ji, X. B. Ji, X. L. Ji, X. S. Jiang, X. Y., Jiang, J. B. Jiao, Z. Jiao, D. P. Jin, S. Jin, Y. Jin, T. Johansson, A., Julin, N. Kalantar-Nayestanaki, X. S. Kang, M. Kavatsyuk, B. C. Ke, I. K., Keshk, T. Khan, A. Khoukaz, P. Kiese, R. Kiuchi, R. Kliemt, L. Koch, O. B., Kolcu, B. Kopf, M. Kornicer, M. Kuemmel, M. Kuessner, A. Kupsc, M. Kurth, W., K\"uhn, J. S. Lange, P. Larin, L. Lavezzi, H. Leithoff, C. Li, Cheng Li, D., M. Li, F. Li, F. Y. Li, G. Li, H. B. Li, H. J. Li, J. C. Li, J. W. Li, Jin, Li, K. J. Li, Kang Li, Ke Li, Lei Li, P. L. Li, P. R. Li, Q. Y. Li, W. D. Li,, W. G. Li, X. L. Li, X. N. Li, X. Q. Li, Z. B. Li, H. Liang, Y. F. Liang, Y., T. Liang, G. R. Liao, L. Z. Liao, J. Libby, C. X. Lin, D. X. Lin, B. Liu, B., J. Liu, C. X. Liu, D. Liu, D. Y. Liu, F. H. Liu, Fang Liu, Feng Liu, H. B., Liu, H. L Liu, H. M. Liu, Huanhuan Liu, Huihui Liu, J. B. Liu, J. Y. Liu, K., Liu, K. Y. Liu, Ke Liu, L. D. Liu, Q. Liu, S. B. Liu, X. Liu, Y. B. Liu, Z., A. Liu, Zhiqing Liu, Y. F. Long, X. C. Lou, H. J. Lu, J. G. Lu, Y. Lu, Y. P., Lu, C. L. Luo, M. X. Luo, T. Luo, X. L. Luo, S. Lusso, X. R. Lyu, F. C. Ma,, H. L. Ma, L. L. Ma, M. M. Ma, Q. M. Ma, T. Ma, X. N. Ma, X. Y. Ma, Y. M. Ma,, F. E. Maas, M. Maggiora, S. Maldaner, Q. A. Malik, A. Mangoni, Y. J. Mao, Z., P. Mao, S. Marcello, Z. X. Meng, J. G. Messchendorp, G. Mezzadri, J. Min, R., E. Mitchell, X. H. Mo, Y. J. Mo, C. Morales Morales, N. Yu. Muchnoi, H., Muramatsu, A. Mustafa, Y. Nefedov, F. Nerling, I. B. Nikolaev, Z. Ning, S., Nisar, S. L. Niu, X. Y. Niu, S. L. Olsen, Q. Ouyang, S. Pacetti, Y. Pan, M., Papenbrock, P. Patteri, M. Pelizaeus, J. Pellegrino, H. P. Peng, Z. Y. Peng,, K. Peters, J. Pettersson, J. L. Ping, R. G. Ping, A. Pitka, R. Poling, V., Prasad, H. R. Qi, M. Qi, T. .Y. Qi, S. Qian, C. F. Qiao, N. Qin, X. S. Qin,, Z. H. Qin, J. F. Qiu, S. Q. Qu, K. H. Rashid, C. F. Redmer, M. Richter, M., Ripka, A. Rivetti, M. Rolo, G. Rong, Ch. Rosner, A. Sarantsev, M. Savri\'e,, K. Schoenning, W. Shan, X. Y. Shan, M. Shao, C. P. Shen, P. X. Shen, X. Y., Shen, H. Y. Sheng, X. Shi, J. J. Song, W. M. Song, X. Y. Song, S. Sosio, C., Sowa, S. Spataro, G. X. Sun, J. F. Sun, L. Sun, S. S. Sun, X. H. Sun, Y. J., Sun, Y. K Sun, Y. Z. Sun, Z. J. Sun, Z. T. Sun, Y. T Tan, C. J. Tang, G. Y., Tang, X. Tang, I. Tapan, M. Tiemens, B. Tsednee, I. Uman, B. Wang, B. L., Wang, D. Wang, D. Y. Wang, Dan Wang, K. Wang, L. L. Wang, L. S. Wang, M., Wang, Meng Wang, P. Wang, P. L. Wang, W. P. Wang, X. F. Wang, X. L. Wang, Y., Wang, Y. F. Wang, Z. Wang, Z. G. Wang, Z. Y. Wang, Zongyuan Wang, T. Weber,, D. H. Wei, P. Weidenkaff, S. P. Wen, U. Wiedner, M. Wolke, L. H. Wu, L. J., Wu, Z. Wu, L. Xia, Y. Xia, D. Xiao, Y. J. Xiao, Z. J. Xiao, Y. G. Xie, Y. H., Xie, X. A. Xiong, Q. L. Xiu, G. F. Xu, J. J. Xu, L. Xu, Q. J. Xu, Q. N. Xu,, X. P. Xu, F. Yan, L. Yan, W. B. Yan, W. C. Yan, Y. H. Yan, H. J. Yang, H. X., Yang, L. Yang, R. X. Yang, Y. H. Yang, Y. X. Yang, Yifan Yang, Z. Q. Yang, M., Ye, M. H. Ye, J. H. Yin, Z. Y. You, B. X. Yu, C. X. Yu, J. S. Yu, J. S. Yu,, C. Z. Yuan, Y. Yuan, A. Yuncu, A. A. Zafar, Y. Zeng, 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, T. J. Zhang, X. Y. Zhang, Y. Zhang, Y. H. Zhang, Y. T. Zhang, Yang, Zhang, Yao Zhang, Yi Zhang, Yu Zhang, Z. H. Zhang, Z. P. Zhang, Z. Y. Zhang,, 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. Zhao, A. Zhemchugov, B., Zheng, J. P. Zheng, Y. H. Zheng, B. Zhong, L. Zhou, Q. Zhou, X. Zhou, X. K., Zhou, X. R. Zhou, X. Y. Zhou, Xiaoyu Zhou, Xu Zhou, A. N. Zhu, J. Zhu, J., Zhu, K. Zhu, K. J. Zhu, S. Zhu, S. H. Zhu, X. L. Zhu, Y. C. Zhu, Y. S. Zhu,, Z. A. Zhu, J. Zhuang, B. S. Zou, and J. H. Zou (BESIII Collaboration)

arXiv: 1901.00085 · 2019-07-24

## TL;DR

This paper reports the observation of the decay $J/ar{psi}ightarrowar{\phi}ar{\eta}ar{\eta'}$ and evidence for a new structure, $X$, in the $ar{\phi}ar{\eta'}$ mass spectrum, with detailed measurements of its properties.

## Contribution

First observation of the decay $J/ar{psi}ightarrowar{\phi}ar{\eta}ar{\eta'}$ and evidence for a new resonance $X$ in the $ar{\phi}ar{\eta'}$ spectrum with measured mass, width, and quantum number hypotheses.

## Key findings

- Branching fraction of $J/ar{psi}ightarrowar{\phi}ar{\eta}ar{\eta'}$ is $(2.32\pm0.06\pm0.16)	imes10^{-4}$.
- Evidence for a structure $X$ with mass around 2.0-2.1 GeV/$c^2$ and width about 130-177 MeV.
- Significance of the $X$ structure is 4.4$\sigma$ for $J^P=1^-$ and 3.8$\sigma$ for $J^P=1^+$.

## Abstract

We report the observation and study of the decay $J/\psi\rightarrow\phi\eta\eta'$ using $1.3\times{10^9}$ $J/\psi$ events collected with the BESIII detector. Its branching fraction, including all possible intermediate states, is measured to be $(2.32\pm0.06\pm0.16)\times{10^{-4}}$. We also report evidence for a structure, denoted as $X$, in the $\phi\eta'$ mass spectrum in the $2.0-2.1$ GeV/$c^2$ region. Using two decay modes of the $\eta'$ meson ($\gamma\pi^+\pi^-$ and $\eta\pi^+\pi^-$), a simultaneous fit to the $\phi\eta'$ mass spectra is performed. Assuming the quantum numbers of the $X$ to be $J^P = 1^-$, its significance is found to be 4.4$\sigma$, with a mass and width of $(2002.1 \pm 27.5 \pm 21.4)$ MeV/$c^2$ and $(129 \pm 17 \pm 9)$ MeV, respectively, and a product branching fraction $\mathcal{B}(J/\psi\rightarrow\eta{}X)\times{}\mathcal{B}(X\rightarrow\phi\eta')=(9.8 \pm 1.2 \pm 1.7)\times10^{-5}$. Alternatively, assuming $J^P = 1^+$, the significance is 3.8$\sigma$, with a mass and width of $(2062.8 \pm 13.1 \pm 7.2)$ MeV/$c^2$ and $(177 \pm 36 \pm 35)$ MeV, respectively, and a product branching fraction $\mathcal{B}(J/\psi\rightarrow\eta{}X)\times{}\mathcal{B}(X\rightarrow\phi\eta')=(9.6 \pm 1.4 \pm 2.0)\times10^{-5}$. The angular distribution of $J/\psi\rightarrow\eta{}X$ is studied and the two $J^P$ assumptions of the $X$ cannot be clearly distinguished due to the limited statistics. In all measurements the first uncertainties are statistical and the second systematic.

## Full text

_Full body text omitted from this summary view._ Fetch the complete paper as Markdown: https://tomesphere.com/paper/1901.00085/full.md

## Figures

14 figures with captions in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1901.00085/full.md

## References

28 references — full list in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1901.00085/full.md

---
Source: https://tomesphere.com/paper/1901.00085