Observation of overlapping spin-1 and spin-3 $\bar{D}^0 K^-$ resonances at mass $2.86 {\rm GeV}/c^2$

LHCb collaboration, R. Aaij, B. Adeva, M. Adinolfi, A. Affolder, Z. Ajaltouni, S. Akar, J. Albrecht, F. Alessio, M. Alexander, S. Ali, G. Alkhazov, P. Alvarez Cartelle, A. A. Alves Jr, S. Amato, S. Amerio, Y. Amhis, L. An, 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, C. Baesso, W. Baldini, R. J. Barlow, C. Barschel, S. Barsuk, W. Barter, V. Batozskaya, V. Battista, A. Bay, L. Beaucourt, 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. Bjørnstad, 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, J. Brodzicka, N. H. Brook, H. Brown, A. Bursche, G. Busetto, J. Buytaert, S. Cadeddu, R. Calabrese, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Campana, D. Campora Perez, A. Carbone, G. Carboni, R. Cardinale, A. Cardini, L. Carson, K. Carvalho Akiba, G. Casse, L. Cassina, L. Castillo Garcia, M. Cattaneo, Ch. Cauet, R. Cenci, M. Charles, Ph. Charpentier, M. Chefdeville, S. Chen, 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, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, P. Collins, A. Comerma-Montells, A. Contu, A. Cook, M. Coombes, S. Coquereau, G. Corti, M. Corvo, 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, 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, A. Dosil Suárez, D. Dossett, A. Dovbnya, K. Dreimanis, G. Dujany, 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. Ely, S. Esen, H. -M. Evans, T. Evans, A. Falabella, C. Färber, C. Farinelli, N. Farley, S. Farry, RF Fay, D. Ferguson, V. Fernandez Albor, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, M. Fiore, M. Fiorini, M. Firlej, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, M. Fontana, F. Fontanelli, R. Forty, O. Francisco, M. Frank, C. Frei, M. Frosini, J. Fu, E. Furfaro, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gallorini, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, Y. Gao, J. García Pardiñas, J. Garofoli, J. Garra Tico, L. Garrido, C. Gaspar, R. Gauld, L. Gavardi, G. Gavrilov, A. Geraci, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, Ph. Ghez, A. Gianelle, S. Gianì, V. Gibson, L. Giubega, V. V. Gligorov, C. Göbel, D. Golubkov, A. Golutvin, A. Gomes, C. Gotti, 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, S. C. Haines, S. Hall, B. Hamilton, T. Hampson, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, S. T. Harnew, J. Harrison, 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, J. Jalocha, 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, S. Karodia, M. Kelsey, I. R. Kenyon, T. Ketel, B. Khanji, C. Khurewathanakul, S. Klaver, K. Klimaszewski, O. Kochebina, M. Kolpin, I. Komarov, R. F. Koopman, P. Koppenburg, M. Korolev, A. Kozlinskiy, L. Kravchuk, K. Kreplin, M. Kreps, G. Krocker, P. Krokovny, F. Kruse, W. Kucewicz, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, K. Kurek, T. Kvaratskheliya, V. N. La Thi, D. Lacarrere, G. Lafferty, A. Lai, D. Lambert, R. W. Lambert, 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, T. Likhomanenko, M. Liles, R. Lindner, C. Linn, F. Lionetto, B. Liu, S. Lohn, I. Longstaff, J. H. Lopes, N. Lopez-March, P. Lowdon, H. Lu, D. Lucchesi, H. Luo, A. Lupato, E. Luppi, O. Lupton, F. Machefert, I. V. Machikhiliyan, F. Maciuc, O. Maev, S. Malde, A. Malinin, G. Manca, G. Mancinelli, A. Mapelli, J. Maratas, J. F. Marchand, 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, N. Moggi, J. Molina Rodriguez, S. Monteil, M. Morandin, P. Morawski, A. Mordà, M. J. Morello, J. Moron, A. -B. Morris, R. Mountain, F. Muheim, K. Müller, M. Mussini, B. Muster, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, M. Neuner, A. D. Nguyen, T. D. Nguyen, C. Nguyen-Mau, M. Nicol, V. Niess, R. Niet, N. Nikitin, T. Nikodem, A. Novoselov, D. P. O'Hanlon, 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. L. Pappalardo, C. Parkes, C. J. Parkinson, G. Passaleva, G. D. Patel, M. Patel, C. Patrignani, A. Pazos Alvarez, A. Pearce, A. Pellegrino, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, E. Perez Trigo, P. Perret, M. Perrin-Terrin, L. Pescatore, E. Pesen, 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, E. Price, 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, S. Richards, M. Rihl, K. Rinnert, V. Rives Molina, D. A. Roa Romero, P. Robbe, 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, J. J. Saborido Silva, N. Sagidova, P. Sail, B. Saitta, V. Salustino Guimaraes, C. Sanchez Mayordomo, B. Sanmartin Sedes, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, E. Santovetti, A. Sarti, C. Satriano, A. Satta, D. M. Saunders, 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, I. Sepp, N. Serra, J. Serrano, L. Sestini, P. Seyfert, M. Shapkin, I. Shapoval, Y. Shcheglov, T. Shears, L. Shekhtman, 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, P. Spradlin, S. Sridharan, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, O. Steinkamp, O. Stenyakin, S. Stevenson, S. Stoica, S. Stone, B. Storaci, S. Stracka, M. Straticiuc, U. Straumann, R. Stroili, V. K. Subbiah, L. Sun, W. Sutcliffe, K. Swientek, S. Swientek, V. Syropoulos, M. Szczekowski, P. Szczypka, D. Szilard, T. Szumlak, S. T'Jampens, M. Teklishyn, G. Tellarini, 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, M. Vieites Diaz, 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, J. Walsh, S. Wandernoth, J. Wang, D. R. Ward, N. K. Watson, D. Websdale, M. Whitehead, J. Wicht, 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. Xu, Z. Yang, X. Yuan, O. Yushchenko, M. Zangoli, M. Zavertyaev, L. Zhang, W. C. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, A. Zhokhov, L. Zhong, A. Zvyagin

Published 2014-07-28, updated 2014-10-20Version 3

The resonant substructure of $B_s^0 \rightarrow \bar{D}^0 K^- \pi^+$ decays is studied using a data sample corresponding to an integrated luminosity of $3.0\,{\rm fb}^{-1}$ of $pp$ collision data recorded by the LHCb detector. An excess at $m(\bar{D}^0 K^-) \approx 2.86 {\rm GeV}/c^2$ is found to be an admixture of spin-1 and spin-3 resonances. Therefore the $D^*_{sJ}(2860)^-$ state previously observed in inclusive $e^+e^- \rightarrow \bar{D}^0 K^- X$ and $pp \rightarrow \bar{D}^0 K^- X$ processes consists of at least two particles. This is the first observation of a heavy flavoured spin-3 resonance, and the first time that any spin-3 particle has been seen to be produced in $B$ decays. The masses and widths of the new states and of the $D^*_{s2}(2573)^-$ meson are measured, giving the most precise determinations to date.