Measurement of resonant and $CP$ components in $\overline{B}_s^0\rightarrow J/ψπ^+π^-$ decays

LHCb collaboration, R. Aaij, B. Adeva, M. Adinolfi, A. Affolder, Z. Ajaltouni, J. Albrecht, F. Alessio, M. Alexander, S. Ali, G. Alkhazov, P. Alvarez Cartelle, A. A. Alves Jr, S. Amato, S. Amerio, Y. Amhis, L. Anderlini, J. Anderson, R. Andreassen, M. Andreotti, J. E. Andrews, R. B. Appleby, O. Aquines Gutierrez, F. Archilli, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, G. Auriemma, M. Baalouch, S. Bachmann, J. J. Back, A. Badalov, V. Balagura, W. Baldini, R. J. Barlow, C. Barschel, S. Barsuk, W. Barter, V. Batozskaya, Th. Bauer, A. Bay, J. Beddow, F. Bedeschi, I. Bediaga, S. Belogurov, K. Belous, I. Belyaev, E. Ben-Haim, G. Bencivenni, S. Benson, J. Benton, A. Berezhnoy, R. Bernet, M. -O. Bettler, M. van Beuzekom, A. Bien, S. Bifani, T. Bird, A. Bizzeti, P. M. Bj\ornstad, T. Blake, F. Blanc, J. Blouw, S. Blusk, V. Bocci, A. Bondar, N. Bondar, W. Bonivento, S. Borghi, A. Borgia, M. Borsato, T. J. V. Bowcock, E. Bowen, C. Bozzi, T. Brambach, J. van den Brand, J. Bressieux, D. Brett, M. Britsch, T. Britton, N. H. Brook, H. Brown, A. Bursche, G. Busetto, J. Buytaert, S. Cadeddu, R. Calabrese, O. Callot, M. Calvi, M. Calvo Gomez, A. Camboni, P. Campana, D. Campora Perez, F. Caponio, A. Carbone, G. Carboni, R. Cardinale, A. Cardini, H. Carranza-Mejia, L. Carson, K. Carvalho Akiba, G. Casse, L. Cassina, L. Castillo Garcia, M. Cattaneo, Ch. Cauet, R. Cenci, M. Charles, Ph. Charpentier, S. -F. Cheung, N. Chiapolini, M. Chrzaszcz, K. Ciba, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Coca, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, P. Collins, A. Comerma-Montells, A. Contu, A. Cook, M. Coombes, S. Coquereau, G. Corti, I. Counts, B. Couturier, G. A. Cowan, D. C. Craik, M. Cruz Torres, S. Cunliffe, R. Currie, C. D'Ambrosio, J. Dalseno, P. David, P. N. Y. David, A. Davis, I. De Bonis, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, J. M. De Miranda, L. De Paula, W. De Silva, P. De Simone, D. Decamp, M. Deckenhoff, L. Del Buono, N. Déléage, D. Derkach, O. Deschamps, F. Dettori, A. Di Canto, H. Dijkstra, S. Donleavy, F. Dordei, M. Dorigo, P. Dorosz, A. Dosil Suárez, D. Dossett, A. Dovbnya, F. Dupertuis, P. Durante, R. Dzhelyadin, A. Dziurda, A. Dzyuba, S. Easo, U. Egede, V. Egorychev, S. Eidelman, S. Eisenhardt, U. Eitschberger, R. Ekelhof, L. Eklund, I. El Rifai, Ch. Elsasser, S. Esen, A. Falabella, C. Färber, C. Farinelli, S. Farry, D. Ferguson, V. Fernandez Albor, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, M. Fiore, M. Fiorini, C. Fitzpatrick, M. Fontana, F. Fontanelli, R. Forty, O. Francisco, M. Frank, C. Frei, M. Frosini, J. Fu, E. Furfaro, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, Y. Gao, J. Garofoli, J. Garra Tico, L. Garrido, C. Gaspar, R. Gauld, L. Gavardi, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, Ph. Ghez, A. Gianelle, S. Giani', V. Gibson, L. Giubega, V. V. Gligorov, C. Göbel, D. Golubkov, A. Golutvin, A. Gomes, H. Gordon, M. Grabalosa Gándara, R. Graciani Diaz, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, G. Graziani, A. Grecu, E. Greening, S. Gregson, P. Griffith, L. Grillo, O. Grünberg, B. Gui, E. Gushchin, Yu. Guz, T. Gys, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, T. W. Hafkenscheid, S. C. Haines, S. Hall, B. Hamilton, T. Hampson, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, S. T. Harnew, J. Harrison, T. Hartmann, J. He, T. Head, V. Heijne, K. Hennessy, P. Henrard, L. Henry, J. A. Hernando Morata, E. van Herwijnen, M. Heß, A. Hicheur, D. Hill, M. Hoballah, C. Hombach, W. Hulsbergen, P. Hunt, N. Hussain, D. Hutchcroft, D. Hynds, M. Idzik, P. Ilten, R. Jacobsson, A. Jaeger, E. Jans, P. Jaton, A. Jawahery, F. Jing, M. John, D. Johnson, C. R. Jones, C. Joram, B. Jost, N. Jurik, M. Kaballo, S. Kandybei, W. Kanso, M. Karacson, T. M. Karbach, M. Kelsey, I. R. Kenyon, T. Ketel, B. Khanji, C. Khurewathanakul, S. Klaver, O. Kochebina, I. Komarov, R. F. Koopman, P. Koppenburg, M. Korolev, A. Kozlinskiy, L. Kravchuk, K. Kreplin, M. Kreps, G. Krocker, P. Krokovny, F. Kruse, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, K. Kurek, T. Kvaratskheliya, V. N. La Thi, D. Lacarrere, G. Lafferty, A. Lai, D. Lambert, R. W. Lambert, E. Lanciotti, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, B. Langhans, T. Latham, C. Lazzeroni, R. Le Gac, J. van Leerdam, J. -P. Lees, R. Lefèvre, A. Leflat, J. Lefrançois, S. Leo, O. Leroy, T. Lesiak, B. Leverington, Y. Li, M. Liles, R. Lindner, C. Linn, F. Lionetto, B. Liu, G. Liu, S. Lohn, I. Longstaff, J. H. Lopes, N. Lopez-March, P. Lowdon, H. Lu, D. Lucchesi, H. Luo, E. Luppi, O. Lupton, F. Machefert, I. V. Machikhiliyan, F. Maciuc, O. Maev, S. Malde, G. Manca, G. Mancinelli, M. Manzali, J. Maratas, U. Marconi, C. Marin Benito, P. Marino, R. Märki, J. Marks, G. Martellotti, A. Martens, A. Martín Sánchez, M. Martinelli, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, D. Martins Tostes, A. Massafferri, R. Matev, Z. Mathe, C. Matteuzzi, A. Mazurov, M. McCann, J. McCarthy, A. McNab, R. McNulty, B. McSkelly, B. Meadows, F. Meier, M. Meissner, M. Merk, D. A. Milanes, M. -N. Minard, J. Molina Rodriguez, S. Monteil, D. Moran, M. Morandin, P. Morawski, A. Mordà, M. J. Morello, R. Mountain, F. Muheim, K. Müller, R. Muresan, B. Muryn, B. Muster, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, A. D. Nguyen, T. D. Nguyen, C. Nguyen-Mau, M. Nicol, V. Niess, R. Niet, N. Nikitin, T. Nikodem, A. Novoselov, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, S. Oggero, S. Ogilvy, O. Okhrimenko, R. Oldeman, G. Onderwater, M. Orlandea, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, B. K. Pal, A. Palano, F. Palombo, M. Palutan, J. Panman, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. Pappalardo, C. Parkes, C. J. Parkinson, G. Passaleva, G. D. Patel, M. Patel, C. Patrignani, C. Pavel-Nicorescu, A. Pazos Alvarez, A. Pearce, A. Pellegrino, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, E. Perez Trigo, P. Perret, M. Perrin-Terrin, L. Pescatore, E. Pesen, G. Pessina, K. Petridis, A. Petrolini, E. Picatoste Olloqui, B. Pietrzyk, T. Pilař, D. Pinci, A. Pistone, S. Playfer, M. Plo Casasus, F. Polci, A. Poluektov, E. Polycarpo, A. Popov, D. Popov, B. Popovici, C. Potterat, A. Powell, J. Prisciandaro, A. Pritchard, C. Prouve, V. Pugatch, A. Puig Navarro, G. Punzi, W. Qian, B. Rachwal, J. H. Rademacker, B. Rakotomiaramanana, M. Rama, M. S. Rangel, I. Raniuk, N. Rauschmayr, G. Raven, S. Reichert, M. M. Reid, A. C. dos Reis, S. Ricciardi, A. Richards, K. Rinnert, V. Rives Molina, D. A. Roa Romero, P. Robbe, D. A. Roberts, A. B. Rodrigues, E. Rodrigues, P. Rodriguez Perez, S. Roiser, V. Romanovsky, A. Romero Vidal, M. Rotondo, J. Rouvinet, T. Ruf, F. Ruffini, H. Ruiz, P. Ruiz Valls, G. Sabatino, J. J. Saborido Silva, N. Sagidova, P. Sail, B. Saitta, V. Salustino Guimaraes, B. Sanmartin Sedes, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, E. Santovetti, M. Sapunov, A. Sarti, C. Satriano, A. Satta, M. Savrie, D. Savrina, M. Schiller, H. Schindler, M. Schlupp, M. Schmelling, B. Schmidt, O. Schneider, A. Schopper, M. -H. Schune, R. Schwemmer, B. Sciascia, A. Sciubba, M. Seco, A. Semennikov, K. Senderowska, I. Sepp, N. Serra, J. Serrano, P. Seyfert, M. Shapkin, I. Shapoval, Y. Shcheglov, T. Shears, L. Shekhtman, O. Shevchenko, V. Shevchenko, A. Shires, R. Silva Coutinho, G. Simi, M. Sirendi, N. Skidmore, T. Skwarnicki, N. A. Smith, E. Smith, E. Smith, J. Smith, M. Smith, H. Snoek, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, F. Soomro, D. Souza, B. Souza De Paula, B. Spaan, A. Sparkes, F. Spinella, P. Spradlin, F. Stagni, S. Stahl, O. Steinkamp, S. Stevenson, S. Stoica, S. Stone, B. Storaci, S. Stracka, M. Straticiuc, U. Straumann, R. Stroili, V. K. Subbiah, L. Sun, W. Sutcliffe, S. Swientek, V. Syropoulos, M. Szczekowski, P. Szczypka, D. Szilard, T. Szumlak, S. T'Jampens, M. Teklishyn, G. Tellarini, E. Teodorescu, F. Teubert, C. Thomas, E. Thomas, J. van Tilburg, V. Tisserand, M. Tobin, S. Tolk, L. Tomassetti, D. Tonelli, S. Topp-Joergensen, N. Torr, E. Tournefier, S. Tourneur, M. T. Tran, M. Tresch, A. Tsaregorodtsev, P. Tsopelas, N. Tuning, M. Ubeda Garcia, A. Ukleja, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, V. Vagnoni, G. Valenti, A. Vallier, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. J. Velthuis, M. Veltri, G. Veneziano, M. Vesterinen, B. Viaud, D. Vieira, X. Vilasis-Cardona, A. Vollhardt, D. Volyanskyy, D. Voong, A. Vorobyev, V. Vorobyev, C. Voß, H. Voss, J. A. de Vries, R. Waldi, C. Wallace, R. Wallace, S. Wandernoth, J. Wang, D. R. Ward, N. K. Watson, A. D. Webber, D. Websdale, M. Whitehead, J. Wicht, J. Wiechczynski, D. Wiedner, G. Wilkinson, M. P. Williams, M. Williams, F. F. Wilson, J. Wimberley, J. Wishahi, W. Wislicki, M. Witek, G. Wormser, S. A. Wotton, S. Wright, S. Wu, K. Wyllie, Y. Xie, Z. Xing, Z. Yang, X. Yuan, O. Yushchenko, M. Zangoli, M. Zavertyaev, F. Zhang, L. Zhang, W. C. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, A. Zhokhov, L. Zhong, A. Zvyagin

Published 2014-02-25Version 1

The resonant structure of the decay $\overline{B}_s^0\to J/\psi\pi^+\pi^-$ is studied using data corresponding to 3 fb$^{-1}$ of integrated luminosity from $pp$ collisions by the LHC and collected by the LHCb detector. Five interfering $\pi^+\pi^-$ states are required to describe the decay: $f_0(980),f_0(1500),f_0(1790),f_2(1270)$, and $f_2^{\prime}(1525)$. An alternative model including these states and a non-resonant $J/\psi \pi^+\pi^-$ component also provides a good description of the data. Based on the different transversity components measured for the spin-2 intermediate states, the final state is found to be compatible with being entirely $CP$-odd. The $CP$-even part is found to be $<2.3$% at 95% confidence level. The $f_0(500)$ state is not observed, allowing a limit to be set on the absolute value of the mixing angle with the $f_0(980)$ of $<7.7^{\circ}$ at 90% confidence level, consistent with a tetraquark interpretation of the $f_0(980)$ substructure.