Observation of $η_{c}(2S) \to p \bar p$ and search for $X(3872) \to p \bar p$ decays

LHCb collaboration, R. Aaij, B. Adeva, M. Adinolfi, 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, G. Andreassi, M. Andreotti, J. E. Andrews, R. B. Appleby, O. Aquines Gutierrez, F. Archilli, P. d'Argent, J. Arnau Romeu, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, G. Auriemma, M. Baalouch, I. Babuschkin, S. Bachmann, J. J. Back, A. Badalov, C. Baesso, W. Baldini, R. J. Barlow, C. Barschel, S. Barsuk, W. Barter, V. Batozskaya, B. Batsukh, V. Battista, A. Bay, L. Beaucourt, J. Beddow, F. Bedeschi, I. Bediaga, L. J. Bel, V. Bellee, N. Belloli, K. Belous, I. Belyaev, E. Ben-Haim, G. Bencivenni, S. Benson, J. Benton, A. Berezhnoy, R. Bernet, A. Bertolin, F. Betti, M. -O. Bettler, M. van Beuzekom, S. Bifani, P. Billoir, T. Bird, A. Birnkraut, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. Blouw, S. Blusk, V. Bocci, T. Boettcher, A. Bondar, N. Bondar, W. Bonivento, A. Borgheresi, S. Borghi, M. Borisyak, M. Borsato, F. Bossu, M. Boubdir, T. J. V. Bowcock, E. Bowen, C. Bozzi, S. Braun, M. Britsch, T. Britton, J. Brodzicka, E. Buchanan, C. Burr, A. Bursche, J. Buytaert, S. Cadeddu, R. Calabrese, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Campana, D. Campora Perez, L. Capriotti, A. Carbone, G. Carboni, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carson, K. Carvalho Akiba, G. Casse, L. Cassina, L. Castillo Garcia, M. Cattaneo, Ch. Cauet, G. Cavallero, R. Cenci, M. Charles, Ph. Charpentier, G. Chatzikonstantinidis, M. Chefdeville, S. Chen, S. -F. Cheung, V. Chobanova, M. Chrzaszcz, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, V. Cogoni, L. Cojocariu, G. Collazuol, P. Collins, A. Comerma-Montells, A. Contu, A. Cook, S. Coquereau, G. Corti, M. Corvo, C. M. Costa Sobral, B. Couturier, G. A. Cowan, D. C. Craik, A. Crocombe, M. Cruz Torres, S. Cunliffe, R. Currie, C. D'Ambrosio, E. Dall'Occo, J. Dalseno, P. N. Y. David, A. Davis, O. De Aguiar Francisco, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, J. M. De Miranda, L. De Paula, P. De Simone, C. -T. Dean, D. Decamp, M. Deckenhoff, L. Del Buono, M. Demmer, D. Derkach, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, A. Di Canto, H. Dijkstra, F. Dordei, M. Dorigo, A. Dosil Suárez, A. Dovbnya, K. Dreimanis, L. Dufour, G. Dujany, K. Dungs, P. Durante, R. Dzhelyadin, A. Dziurda, A. Dzyuba, N. Déléage, S. Easo, U. Egede, V. Egorychev, S. Eidelman, S. Eisenhardt, U. Eitschberger, R. Ekelhof, L. Eklund, Ch. Elsasser, S. Ely, S. Esen, H. M. Evans, T. Evans, A. Falabella, N. Farley, S. Farry, R. Fay, D. Fazzini, D. Ferguson, V. Fernandez Albor, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, M. Fiore, M. Fiorini, M. Firlej, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, K. Fohl, M. Fontana, F. Fontanelli, D. C. Forshaw, R. Forty, V. Franco Lima, M. Frank, C. Frei, J. Fu, E. Furfaro, C. Färber, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gallorini, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, Y. Gao, J. García Pardiñas, J. Garra Tico, L. Garrido, P. J. Garsed, D. Gascon, C. Gaspar, L. Gavardi, G. Gazzoni, D. Gerick, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, Ph. Ghez, S. Gianì, V. Gibson, O. G. Girard, L. Giubega, K. Gizdov, V. V. Gligorov, D. Golubkov, A. Golutvin, A. Gomes, I. V. Gorelov, C. Gotti, M. Grabalosa Gándara, R. Graciani Diaz, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, E. Graverini, G. Graziani, A. Grecu, P. Griffith, L. Grillo, B. R. Gruberg Cazon, O. Grünberg, E. Gushchin, Yu. Guz, T. Gys, C. Göbel, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. C. Haines, S. Hall, B. Hamilton, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, S. T. Harnew, J. Harrison, M. Hatch, J. He, T. Head, A. Heister, K. Hennessy, P. Henrard, L. Henry, J. A. Hernando Morata, E. van Herwijnen, M. Heß, A. Hicheur, D. Hill, C. Hombach, W. Hulsbergen, T. Humair, M. Hushchyn, N. Hussain, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, R. Jacobsson, A. Jaeger, J. Jalocha, E. Jans, A. Jawahery, M. John, D. Johnson, C. R. Jones, C. Joram, B. Jost, N. Jurik, S. Kandybei, W. Kanso, M. Karacson, J. M. Kariuki, S. Karodia, M. Kecke, M. Kelsey, I. R. Kenyon, M. Kenzie, T. Ketel, E. Khairullin, B. Khanji, C. Khurewathanakul, T. Kirn, S. Klaver, K. Klimaszewski, S. Koliiev, M. Kolpin, I. Komarov, R. F. Koopman, P. Koppenburg, A. Kozachuk, M. Kozeiha, L. Kravchuk, K. Kreplin, M. Kreps, P. Krokovny, F. Kruse, W. Krzemien, W. Kucewicz, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, A. K. Kuonen, K. Kurek, T. Kvaratskheliya, D. Lacarrere, G. Lafferty, A. Lai, D. Lambert, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, B. Langhans, T. Latham, C. Lazzeroni, R. Le Gac, J. van Leerdam, J. -P. Lees, A. Leflat, J. Lefrançois, R. Lefèvre, F. Lemaitre, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, B. Leverington, Y. Li, T. Likhomanenko, R. Lindner, C. Linn, F. Lionetto, B. Liu, X. Liu, D. Loh, I. Longstaff, J. H. Lopes, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, H. Luo, A. Lupato, E. Luppi, O. Lupton, A. Lusiani, X. Lyu, F. Machefert, F. Maciuc, O. Maev, K. Maguire, S. Malde, A. Malinin, T. Maltsev, G. Manca, G. Mancinelli, P. Manning, J. Maratas, J. F. Marchand, U. Marconi, C. Marin Benito, P. Marino, J. Marks, G. Martellotti, M. Martin, M. Martinelli, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, D. Martins Tostes, L. M. Massacrier, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, Z. Mathe, C. Matteuzzi, A. Mauri, B. Maurin, A. Mazurov, M. McCann, J. McCarthy, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, F. Meier, M. Meissner, D. Melnychuk, M. Merk, A. Merli, E. Michielin, D. A. Milanes, M. -N. Minard, D. S. Mitzel, J. Molina Rodriguez, I. A. Monroy, S. Monteil, M. Morandin, P. Morawski, A. Mordà, M. J. Morello, J. Moron, A. B. Morris, R. Mountain, F. Muheim, M. Mulder, M. Mussini, D. Müller, J. Müller, K. Müller, V. Müller, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, A. Nandi, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, M. Neuner, A. D. Nguyen, C. Nguyen-Mau, S. Nieswand, R. Niet, N. Nikitin, T. Nikodem, A. Novoselov, D. P. O'Hanlon, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, S. Ogilvy, R. Oldeman, C. J. G. Onderwater, J. M. Otalora Goicochea, A. Otto, P. Owen, A. Oyanguren, P. R. Pais, A. Palano, F. Palombo, M. Palutan, J. Panman, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, W. Parker, C. Parkes, G. Passaleva, G. D. Patel, M. Patel, C. Patrignani, A. Pearce, A. Pellegrino, G. Penso, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, P. Perret, L. Pescatore, K. Petridis, A. Petrolini, A. Petrov, M. Petruzzo, E. Picatoste Olloqui, B. Pietrzyk, M. Pikies, D. Pinci, A. Pistone, A. Piucci, S. Playfer, M. Plo Casasus, T. Poikela, F. Polci, A. Poluektov, I. Polyakov, E. Polycarpo, G. J. Pomery, A. Popov, D. Popov, B. Popovici, C. Potterat, E. Price, J. D. Price, J. Prisciandaro, A. Pritchard, C. Prouve, V. Pugatch, A. Puig Navarro, G. Punzi, W. Qian, R. Quagliani, B. Rachwal, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramos Pernas, M. S. Rangel, I. Raniuk, G. Raven, F. Redi, S. Reichert, A. C. dos Reis, C. Remon Alepuz, V. Renaudin, S. Ricciardi, S. Richards, M. Rihl, K. Rinnert, V. Rives Molina, P. Robbe, A. B. Rodrigues, E. Rodrigues, J. A. Rodriguez Lopez, P. Rodriguez Perez, A. Rogozhnikov, S. Roiser, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, J. W. Ronayne, M. Rotondo, M. S. Rudolph, T. Ruf, P. Ruiz Valls, J. J. Saborido Silva, E. Sadykhov, N. Sagidova, B. Saitta, V. Salustino Guimaraes, C. Sanchez Mayordomo, B. Sanmartin Sedes, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, E. Santovetti, A. Sarti, C. Satriano, A. Satta, D. M. Saunders, D. Savrina, S. Schael, M. Schellenberg, M. Schiller, H. Schindler, M. Schlupp, M. Schmelling, T. Schmelzer, B. Schmidt, O. Schneider, A. Schopper, K. Schubert, M. Schubiger, M. -H. Schune, R. Schwemmer, B. Sciascia, A. Sciubba, A. Semennikov, A. Sergi, N. Serra, J. Serrano, L. Sestini, P. Seyfert, M. Shapkin, I. Shapoval, Y. Shcheglov, T. Shears, L. Shekhtman, V. Shevchenko, A. Shires, B. G. Siddi, R. Silva Coutinho, L. Silva de Oliveira, G. Simi, M. Sirendi, N. Skidmore, T. Skwarnicki, E. Smith, I. T. Smith, J. Smith, M. Smith, H. Snoek, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, D. Souza, B. Souza De Paula, B. Spaan, P. Spradlin, S. Sridharan, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, P. Stefko, S. Stefkova, O. Steinkamp, S. Stemmle, O. Stenyakin, S. Stevenson, S. Stoica, S. Stone, B. Storaci, S. Stracka, M. Straticiuc, U. Straumann, L. Sun, W. Sutcliffe, K. Swientek, V. Syropoulos, M. Szczekowski, T. Szumlak, S. T'Jampens, A. Tayduganov, T. Tekampe, G. Tellarini, F. Teubert, C. Thomas, E. Thomas, J. van Tilburg, V. Tisserand, M. Tobin, S. Tolk, L. Tomassetti, D. Tonelli, S. Topp-Joergensen, F. Toriello, E. Tournefier, S. Tourneur, K. Trabelsi, M. Traill, M. T. Tran, M. Tresch, A. Trisovic, A. Tsaregorodtsev, P. Tsopelas, A. Tully, N. Tuning, A. Ukleja, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, C. Vacca, V. Vagnoni, S. Valat, G. Valenti, A. Vallier, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, S. Vecchi, M. van Veghel, J. J. Velthuis, M. Veltri, G. Veneziano, A. Venkateswaran, M. Vernet, M. Vesterinen, B. Viaud, D. Vieira, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, V. Volkov, A. Vollhardt, B. Voneki, D. Voong, A. Vorobyev, V. Vorobyev, C. Voß, J. A. de Vries, C. Vázquez Sierra, R. Waldi, C. Wallace, R. Wallace, J. Walsh, J. Wang, D. R. Ward, H. M. Wark, N. K. Watson, D. Websdale, A. Weiden, M. Whitehead, J. Wicht, G. Wilkinson, M. Wilkinson, M. Williams, M. P. Williams, M. Williams, T. Williams, F. F. Wilson, J. Wimberley, M-A Winn, J. Wishahi, W. Wislicki, M. Witek, G. Wormser, S. A. Wotton, K. Wraight, S. Wright, K. Wyllie, Y. Xie, Z. Xing, Z. Xu, Z. Yang, H. Yin, J. Yu, X. Yuan, O. Yushchenko, M. Zangoli, K. A. Zarebski, M. Zavertyaev, L. Zhang, Y. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, Y. Zheng, A. Zhokhov, V. Zhukov, S. Zucchelli

Published 2016-07-21Version 1

The first observation of the decay $\eta_{c}(2S) \to p \bar p$ is reported using proton-proton collision data corresponding to an integrated luminosity of $3.0\rm \, fb^{-1}$ recorded by the LHCb experiment at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV. The $\eta_{c}(2S)$ resonance is produced in the decay $B^{+} \to [c\bar c] K^{+}$. The product of branching fractions normalised to that for the $J/\psi$ intermediate state, ${\cal R}_{\eta_{c}(2S)}$, is measured to be \begin{align*} {\cal R}_{\eta_{c}(2S)}\equiv\frac{{\mathcal B}(B^{+} \to \eta_{c}(2S) K^{+}) \times {\mathcal B}(\eta_{c}(2S) \to p \bar p)}{{\mathcal B}(B^{+} \to J/\psi K^{+}) \times {\mathcal B}(J/\psi\to p \bar p)} =~& (1.58 \pm 0.33 \pm 0.09)\times 10^{-2}, \end{align*} where the first uncertainty is statistical and the second systematic. No signals for the decays $B^{+} \to X(3872) (\to p \bar p) K^{+}$ and $B^{+} \to \psi(3770) (\to p \bar p) K^{+}$ are seen, and the 95\% confidence level upper limits on their relative branching ratios are % found to be ${\cal R}_{X(3872)}<0.25\times10^{-2}$ and ${\cal R}_{\psi(3770))}<0.10$. In addition, the mass differences between the $\eta_{c}(1S)$ and the $J/\psi$ states, between the $\eta_{c}(2S)$ and the $\psi(2S)$ states, and the natural width of the $\eta_{c}(1S)$ are measured as \begin{align*} M_{J/\psi} - M_{\eta_{c}(1S)} =~& 110.2 \pm 0.5 \pm 0.9 \rm \, MeV, M_{\psi(2S)} -M_{\eta_{c}(2S)} =~ & 52.5 \pm 1.7 \pm 0.6 \rm \, MeV, \Gamma_{\eta_{c}(1S)} =~& 34.0 \pm 1.9 \pm 1.3 \rm \, MeV. \end{align*}