# Near-threshold $D\bar{D}$ spectroscopy and observation of a new   charmonium state

**Authors:** LHCb Collaboration: R. Aaij, C. Abell\'an Beteta, B. Adeva, M., Adinolfi, C.A. Aidala, Z. Ajaltouni, S. Akar, P. Albicocco, J. Albrecht, F., Alessio, M. Alexander, A. Alfonso Albero, G. Alkhazov, P. Alvarez Cartelle,, A.A. Alves Jr, S. Amato, Y. Amhis, L. An, L. Anderlini, G. Andreassi, M., Andreotti, J.E. Andrews, F. Archilli, J. Arnau Romeu, A. Artamonov, M., Artuso, K. Arzymatov, E. Aslanides, M. Atzeni, B. Audurier, S. Bachmann, J.J., Back, S. Baker, V. Balagura, W. Baldini, A. Baranov, R.J. Barlow, S. Barsuk,, W. Barter, M. Bartolini, F. Baryshnikov, V. Batozskaya, B. Batsukh, A., Battig, V. Battista, A. Bay, F. Bedeschi, I. Bediaga, A. Beiter, L.J. Bel, S., Belin, N. Beliy, V. Bellee, N. Belloli, K. Belous, I. Belyaev, G. Bencivenni,, E. Ben-Haim, S. Benson, S. Beranek, A. Berezhnoy, R. Bernet, D. Berninghoff,, E. Bertholet, A. Bertolin, C. Betancourt, F. Betti, M.O. Bettler, Ia., Bezshyiko, S. Bhasin, J. Bhom, M.S. Bieker, S. Bifani, P. Billoir, A., Birnkraut, A. Bizzeti, M. Bj{\o}rn, M.P. Blago, T. Blake, F. Blanc, S. Blusk,, D. Bobulska, V. Bocci, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bondar, N. Bondar,, S. Borghi, M. Borisyak, M. Borsato, M. Boubdir, T.J.V. Bowcock, C. Bozzi, S., Braun, M. Brodski, J. Brodzicka, A. Brossa Gonzalo, D. Brundu, E. Buchanan,, A. Buonaura, C. Burr, A. Bursche, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H., Cai, R. Calabrese, S. Cali, R. Calladine, M. Calvi, M. Calvo Gomez, A., Camboni, P. Campana, D.H. Campora Perez, L. Capriotti, A. Carbone, G., Carboni, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, K. Carvalho Akiba, G. Casse,, M. Cattaneo, G. Cavallero, R. Cenci, M.G. Chapman, M. Charles, Ph., Charpentier, G. Chatzikonstantinidis, M. Chefdeville, V. Chekalina, C. Chen,, S. Chen, S.-G. Chitic, V. Chobanova, M. Chrzaszcz, A. Chubykin, P. Ciambrone,, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, F. Cindolo, P.E.L. Clarke, M. Clemencic, H.V., Cliff, J. Closier, V. Coco, J.A.B. Coelho, J. Cogan, E. Cogneras, L., Cojocariu, P. Collins, T. Colombo, A. Comerma-Montells, A. Contu, G. Coombs,, S. Coquereau, G. Corti, C.M. Costa Sobral, B. Couturier, G.A. Cowan, D.C., Craik, A. Crocombe, M. Cruz Torres, R. Currie, C.L. Da Silva, E. Dall'Occo,, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, A. Danilina, P. d'Argent, A. Davis, O. De Aguiar, Francisco, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, J.M. De Miranda, L. De, Paula, M. De Serio, P. De Simone, J.A. de Vries, C.T. Dean, W. Dean, D., Decamp, L. Del Buono, B. Delaney, H.-P. Dembinski, M. Demmer, A. Dendek, D., Derkach, O. Deschamps, F. Desse, F. Dettori, B. Dey, A. Di Canto, P. Di, Nezza, S. Didenko, H. Dijkstra, F. Dordei, M. Dorigo, A.C. dos Reis, A. Dosil, Su\'arez, L. Douglas, A. Dovbnya, K. Dreimanis, L. Dufour, G. Dujany, P., Durante, J.M. Durham, D. Dutta, R. Dzhelyadin, M. Dziewiecki, A. Dziurda, A., Dzyuba, S. Easo, U. Egede, V. Egorychev, S. Eidelman, S. Eisenhardt, U., Eitschberger, R. Ekelhof, L. Eklund, S. Ely, A. Ene, S. Escher, S. Esen, T., Evans, A. Falabella, C. F\"arber, N. Farley, S. Farry, D. Fazzini, M. F\'eo,, P. Fernandez Declara, A. Fernandez Prieto, F. Ferrari, L. Ferreira Lopes, F., Ferreira Rodrigues, S. Ferreres Sole, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, R.A. Fini,, M. Fiorini, M. Firlej, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, M. Fontana,, F. Fontanelli, R. Forty, V. Franco Lima, M. Frank, C. Frei, J. Fu, W. Funk,, E. Gabriel, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gallorini, S. Gambetta, Y. Gan,, M. Gandelman, P. Gandini, Y. Gao, L.M. Garcia Martin, J. Garc\'ia Pardi\~nas,, B. Garcia Plana, J. Garra Tico, L. Garrido, D. Gascon, C. Gaspar, G. Gazzoni,, D. Gerick, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, D. Gerstel, Ph. Ghez, V., Gibson, O.G. Girard, P. Gironella Gironell, L. Giubega, K. Gizdov, V.V., Gligorov, C. G\"obel, D. Golubkov, A. Golutvin, A. Gomes, I.V. Gorelov, C., Gotti, E. Govorkova, J.P. Grabowski, R. Graciani Diaz, L.A. Granado Cardoso,, E. Graug\'es, E. Graverini, G. Graziani, A. Grecu, R. Greim, P. Griffith, L., Grillo, L. Gruber, B.R. Gruberg Cazon, C. Gu, E. Gushchin, A. Guth, Yu. Guz,, T. Gys, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S.C. Haines,, B. Hamilton, Q. Han, X. Han, T.H. Hancock, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew,, T. Harrison, C. Hasse, M. Hatch, J. He, M. Hecker, K. Heinicke, A. Heister,, K. Hennessy, L. Henry, M. He{\ss}, J. Heuel, A. Hicheur, R. Hidalgo Charman,, D. Hill, M. Hilton, P.H. Hopchev, J. Hu, W. Hu, W. Huang, Z.C. Huard, W., Hulsbergen, T. Humair, M. Hushchyn, D. Hutchcroft, D. Hynds, P. Ibis, M., Idzik, P. Ilten, A. Inglessi, A. Inyakin, K. Ivshin, R. Jacobsson, S., Jakobsen, J. Jalocha, E. Jans, B.K. Jashal, A. Jawahery, F. Jiang, M. John,, D. Johnson, C.R. Jones, C. Joram, B. Jost, N. Jurik, S. Kandybei, M., Karacson, J.M. Kariuki, S. Karodia, N. Kazeev, M. Kecke, F. Keizer, M., Kelsey, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, A. Kharisova, C. Khurewathanakul,, K.E. Kim, T. Kirn, V.S. Kirsebom, S. Klaver, K. Klimaszewski, S. Koliiev, M., Kolpin, R. Kopecna, P. Koppenburg, I. Kostiuk, S. Kotriakhova, M. Kozeiha, L., Kravchuk, M. Kreps, F. Kress, S. Kretzschmar, P. Krokovny, W. Krupa, W., Krzemien, W. Kucewicz, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, G.J. Kunde, A.K., Kuonen, T. Kvaratskheliya, D. Lacarrere, G. Lafferty, A. Lai, D. Lancierini,, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, T. Latham, C. Lazzeroni, R. Le Gac, R., Lef\`evre, A. Leflat, F. Lemaitre, O. Leroy, T. Lesiak, B. Leverington, H., Li, P.-R. Li, X. Li, Y. Li, Z. Li, X. Liang, T. Likhomanenko, R. Lindner, F., Lionetto, V. Lisovskyi, G. Liu, X. Liu, D. Loh, A. Loi, I. Longstaff, J.H., Lopes, G. Loustau, G.H. Lovell, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A., Lupato, E. Luppi, O. Lupton, A. Lusiani, X. Lyu, F. Machefert, F. Maciuc, V., Macko, P. Mackowiak, S. Maddrell-Mander, O. Maev, K. Maguire, D. Maisuzenko,, M.W. Majewski, S. Malde, B. Malecki, A. Malinin, T. Maltsev, H. Malygina, G., Manca, G. Mancinelli, D. Marangotto, J. Maratas, J.F. Marchand, U. Marconi,, C. Marin Benito, M. Marinangeli, P. Marino, J. Marks, P.J. Marshall, G., Martellotti, M. Martinelli, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A., Massafferri, M. Materok, R. Matev, A. Mathad, Z. Mathe, V. Matiunin, C., Matteuzzi, K.R. Mattioli, A. Mauri, E. Maurice, B. Maurin, M. McCann, A., McNab, R. McNulty, J.V. Mead, B. Meadows, C. Meaux, N. Meinert, D. Melnychuk,, M. Merk, A. Merli, E. Michielin, D.A. Milanes, E. Millard, M.-N. Minard, L., Minzoni, D.S. Mitzel, A. M\"odden, A. Mogini, R.D. Moise, T. Momb\"acher,, I.A. Monroy, S. Monteil, M. Morandin, G. Morello, M.J. Morello, J. Moron,, A.B. Morris, R. Mountain, F. Muheim, M. Mukherjee, M. Mulder, D. M\"uller, J., M\"uller, K. M\"uller, V. M\"uller, C.H. Murphy, D. Murray, P. Naik, T., Nakada, R. Nandakumar, A. Nandi, T. Nanut, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri,, S. Neubert, N. Neufeld, R. Newcombe, T.D. Nguyen, C. Nguyen-Mau, S. Nieswand,, R. Niet, N. Nikitin, N.S. Nolte, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, S., Ogilvy, D.P. O'Hanlon, R. Oldeman, C.J.G. Onderwater, J. D. Osborn, A., Ossowska, J.M. Otalora Goicochea, T. Ovsiannikova, P. Owen, A. Oyanguren,, P.R. Pais, T. Pajero, A. Palano, M. Palutan, G. Panshin, A. Papanestis, M., Pappagallo, L.L. Pappalardo, W. Parker, C. Parkes, G. Passaleva, A. Pastore,, M. Patel, C. Patrignani, A. Pearce, A. Pellegrino, G. Penso, M. Pepe, Altarelli, S. Perazzini, D. Pereima, P. Perret, L. Pescatore, K. Petridis, A., Petrolini, A. Petrov, S. Petrucci, M. Petruzzo, B. Pietrzyk, G. Pietrzyk, M., Pikies, M. Pili, D. Pinci, J. Pinzino, F. Pisani, A. Piucci, V. Placinta, S., Playfer, J. Plews, M. Plo Casasus, F. Polci, M. Poli Lener, M. Poliakova, A., Poluektov, N. Polukhina, I. Polyakov, E. Polycarpo, G.J. Pomery, S. Ponce, A., Popov, D. Popov, S. Poslavskii, E. Price, C. Prouve, V. Pugatch, A. Puig, Navarro, H. Pullen, G. Punzi, W. Qian, J. Qin, R. Quagliani, B. Quintana,, N.V. Raab, B. Rachwal, J.H. Rademacker, M. Rama, M. Ramos Pernas, M.S., Rangel, F. Ratnikov, G. Raven, M. Ravonel Salzgeber, M. Reboud, F. Redi, S., Reichert, F. Reiss, C. Remon Alepuz, Z. Ren, V. Renaudin, S. Ricciardi, S., Richards, K. Rinnert, P. Robbe, A. Robert, A.B. Rodrigues, E. Rodrigues, J.A., Rodriguez Lopez, M. Roehrken, S. Roiser, A. Rollings, V. Romanovskiy, A., Romero Vidal, J.D. Roth, M. Rotondo, M.S. Rudolph, T. Ruf, J. Ruiz Vidal,, J.J. Saborido Silva, N. Sagidova, B. Saitta, V. Salustino Guimaraes, C., Sanchez Gras, C. Sanchez Mayordomo, B. Sanmartin Sedes, R. Santacesaria, C., Santamarina Rios, M. Santimaria, E. Santovetti, G. Sarpis, A. Sarti, C., Satriano, A. Satta, M. Saur, D. Savrina, S. Schael, M. Schellenberg, M., Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, T. Schmelzer, B. Schmidt, O., Schneider, A. Schopper, H.F. Schreiner, M. Schubiger, S. Schulte, M.H., Schune, R. Schwemmer, B. Sciascia, A. Sciubba, A. Semennikov, E.S. Sepulveda,, A. Sergi, N. Serra, J. Serrano, L. Sestini, A. Seuthe, P. Seyfert, M., Shapkin, T. Shears, L. Shekhtman, V. Shevchenko, E. Shmanin, B.G. Siddi, R., Silva Coutinho, L. Silva de Oliveira, G. Simi, S. Simone, I. Skiba, N., Skidmore, T. Skwarnicki, M.W. Slater, J.G. Smeaton, E. Smith, I.T. Smith, M., Smith, M. Soares, l. Soares Lavra, M.D. Sokoloff, F.J.P. Soler, B. Souza De, Paula, B. Spaan, E. Spadaro Norella, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S., Stahl, P. Stefko, S. Stefkova, O. Steinkamp, S. Stemmle, O. Stenyakin, M., Stepanova, H. Stevens, A. Stocchi, S. Stone, S. Stracka, M.E. Stramaglia, M., Straticiuc, U. Straumann, S. Strokov, J. Sun, L. Sun, Y. Sun, K. Swientek, A., Szabelski, T. Szumlak, M. Szymanski, Z. Tang, T. Tekampe, G. Tellarini, F., Teubert, E. Thomas, M.J. Tilley, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, S., Tolk, L. Tomassetti, D. Tonelli, D.Y. Tou, R. Tourinho Jadallah Aoude, E., Tournefier, M. Traill, M.T. Tran, A. Trisovic, A. Tsaregorodtsev, G. Tuci, A., Tully, N. Tuning, A. Ukleja, A. Usachov, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, A. Vagner,, V. Vagnoni, A. Valassi, S. Valat, G. Valenti, M. van Beuzekom, H. Van Hecke,, E. van Herwijnen, C.B. Van Hulse, J. van Tilburg, M. van Veghel, A. Vasiliev,, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. V\'azquez Sierra, S. Vecchi, J.J., Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Vernet, M. Veronesi, M. Vesterinen,, J.V. Viana Barbosa, D. Vieira, M. Vieites Diaz, H. Viemann, X., Vilasis-Cardona, A. Vitkovskiy, M. Vitti, V. Volkov, A. Vollhardt, D. Vom, Bruch, B. Voneki, A. Vorobyev, V. Vorobyev, N. Voropaev, R. Waldi, J. Walsh,, J. Wang, M. Wang, Y. Wang, Z. Wang, D.R. Ward, H.M. Wark, N.K. Watson, D., Websdale, A. Weiden, C. Weisser, M. Whitehead, G. Wilkinson, M. Wilkinson, I., Williams, M. Williams, M.R.J. Williams, T. Williams, F.F. Wilson, M. Winn, W., Wislicki, M. Witek, G. Wormser, S.A. Wotton, K. Wyllie, D. Xiao, Y. Xie, H., Xing, A. Xu, M. Xu, Q. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Yang, Z. Yang, Y. Yao, L.E., Yeomans, H. Yin, J. Yu, X. Yuan, O. Yushchenko, K.A. Zarebski, M. Zavertyaev,, M. Zeng, D. Zhang, L. Zhang, W.C. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, Y. Zheng, X., Zhu, V. Zhukov, J.B. Zonneveld, S. Zucchelli

arXiv: 1903.12240 · 2019-07-29

## TL;DR

This paper reports the discovery of a new narrow charmonium state, X(3842), and measures properties of known states, providing insights into charmonium spectroscopy near the Dar{D} threshold using LHCb proton-proton collision data.

## Contribution

First observation of the X(3842) state as a potential spin-3 charmonium, with precise measurements of its mass and width, and first-time measurements of prompt production of ψ(3770) and χ_{c2}(3930).

## Key findings

- Discovery of X(3842) with mass 3842.71 MeV/c^2 and width 2.79 MeV.
- First observation of prompt production of ψ(3770) and χ_{c2}(3930).
- Measured parameters of ψ(3770) and χ_{c2}(3930).

## Abstract

Using proton-proton collision data, corresponding to an integrated luminosity of 9$fb^{-1}$, collected with the~LHCb detector between 2011 and 2018, a new narrow charmonium state, the $X(3842)$ resonance, is observed in the decay modes $X(3842)\rightarrow D^0\bar{D}^0$ and $X(3842)\rightarrow D^+D^-$. The mass and the natural width of this state are measured to be \begin{eqnarray*} m_{X(3842)} & = & 3842.71 \pm 0.16 \pm 0.12 MeV/c^2\,, \Gamma_{X(3842)} & = & 2.79 \pm 0.51 \pm 0.35 MeV\,, \end{eqnarray*} where the first uncertainty is statistical and the~second is systematic. The observed mass and narrow natural width suggest the~interpretation of the new state as the~unobserved spin\nobreakdash-3 $\psi_3\mathrm{\left(1^3D_3\right)}$ charmonium state. In addition, prompt hadroproduction of the $\psi(3770)$~and $\chi_{c2}(3930)$ states is observed for the first time, and the parameters of these~states are measured to be \begin{eqnarray*} m_{\psi(3770)} & = & 3778.1 \pm 0.7 \pm 0.6 MeV/c^2\,, m_{\chi_{c2}(3930)} & = & 3921.9 \pm 0.6 \pm 0.2 MeV/c^2\,, \Gamma_{\chi_{c2}(3930)} & = &36.6 \pm 1.9 \pm 0.9 MeV\,, \end{eqnarray*} where the first uncertainty is statistical and the~second is systematic.

## Full text

_Full body text omitted from this summary view._ Fetch the complete paper as Markdown: https://tomesphere.com/paper/1903.12240/full.md

## Figures

5 figures with captions in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1903.12240/full.md

## References

62 references — full list in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1903.12240/full.md

---
Source: https://tomesphere.com/paper/1903.12240