# Observation of an excited $B_c^+$ 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, P. d'Argent, 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, E. Ben-Haim,, G. Bencivenni, S. Benson, S. Beranek, A. Berezhnoy, R. Bernet, D., Berninghoff, E. Bertholet, A. Bertolin, C. Betancourt, F. Betti, M.O., Bettler, M. van Beuzekom, 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. D'Ambrosio, C.L. Da Silva, E. Dall'Occo, J. Dalseno, A. Danilina,, 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, 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. 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, N. Farley, S. Farry, D. Fazzini, 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, C. F\"arber, M., F\'eo, E. Gabriel, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gallorini, S. Gambetta,, Y. Gan, M. Gandelman, P. Gandini, Y. Gao, L.M. Garcia Martin, B. Garcia, Plana, J. Garc\'ia Pardi\~nas, 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, 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, X. Guo, E., Gushchin, A. Guth, Yu. Guz, T. Gys, C. G\"obel, 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, E., van Herwijnen, J. Heuel, M. He{\ss}, 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, A. Leflat, R. Lef\`evre, 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, P. Ling, 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, R. Ma, 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. 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, C.H. Murphy, D. Murray, A. M\"odden, D., M\"uller, J. M\"uller, K. M\"uller, V. M\"uller, 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, D.P. O'Hanlon, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, S., Ogilvy, 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, A.C. dos, Reis, 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, S. T'Jampens, Z. Tang, T. Tekampe, G., Tellarini, F. Teubert, E. Thomas, J. van Tilburg, M.J. Tilley, V. Tisserand,, 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, H. Van Hecke, C.B., Van Hulse, A. Vasiliev, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, S. Vecchi, M., van Veghel, 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,, J.A. de Vries, C. V\'azquez Sierra, 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.R.J., Williams, M. 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: 1904.00081 · 2019-06-14

## TL;DR

This paper reports the observation of an excited $B_c^+$ state and a potential second state using LHCb collision data, providing the most precise mass measurements to date.

## Contribution

First observation of an excited $B_c^+$ state in the $B_c^+	o B_c^+	ext{pions}$ spectrum with precise mass measurements, advancing understanding of heavy meson spectroscopy.

## Key findings

- Observed an excited $B_c^+$ state at 6841.2 MeV/c^2.
- Detected a second state with 3.2 sigma significance at 6872.1 MeV/c^2.
- Provided the most precise mass measurements for these states.

## Abstract

Using $pp$ collision data corresponding to an integrated luminosity of $8.5\,\mathrm{fb}^{-1}$ recorded by the LHCb experiment at centre-of-mass energies of $\sqrt{s} = 7$, $8$ and $13\mathrm{\,Te\kern -0.1em V}$, the observation of an excited $B_c^+$ state in the $B_c^+\pi^+\pi^-$ invariant-mass spectrum is reported. The observed peak has a mass of $6841.2 \pm 0.6 {\,\rm (stat)\,} \pm 0.1 {\,\rm (syst)\,} \pm 0.8\,(B_c^+) \mathrm{\,MeV}/c^2$, where the last uncertainty is due to the limited knowledge of the $B_c^+$ mass. It is consistent with expectations of the $B_c^{*}(2^{3}S_{1})^+$ state reconstructed without the low-energy photon from the $B_c^{*}(1^{3}S_{1})^+ \to B_c^+ \gamma$ decay following $B_c^{*}(2^{3}S_{1})^+ \to B_c^{*}(1^{3}S_{1})^+ \pi^+ \pi^-$. A second state is seen with a global (local) statistical significance of $2.2\,\sigma$ ($3.2\,\sigma$) and a mass of $6872.1 \pm 1.3 {\,\rm (stat)\,} \pm 0.1 {\,\rm (syst)\,} \pm 0.8\,(B_c^+) \mathrm{\,MeV}/c^2$, and is consistent with the $B_c(2^{1}S_{0})^+$ state. These mass measurements are the most precise to date.

## Full text

_Full body text omitted from this summary view._ Fetch the complete paper as Markdown: https://tomesphere.com/paper/1904.00081/full.md

## Figures

4 figures with captions in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1904.00081/full.md

## References

57 references — full list in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1904.00081/full.md

---
Source: https://tomesphere.com/paper/1904.00081