Observation of the decay $Λ_b^0 \to Λ_c^+ p \overline{p} π^-$

LHCb collaboration, R. Aaij, B. Adeva, M. Adinolfi, Z. Ajaltouni, S. Akar, P. Albicocco, J. Albrecht, F. Alessio, M. Alexander, A. Alfonso Albero, 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, F. Archilli, P. d'Argent, J. Arnau Romeu, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, M. Atzeni, G. Auriemma, S. Bachmann, J. J. Back, S. Baker, V. Balagura, W. Baldini, A. Baranov, R. J. Barlow, S. Barsuk, W. Barter, F. Baryshnikov, V. Batozskaya, V. Battista, A. Bay, J. Beddow, F. Bedeschi, I. Bediaga, A. Beiter, L. J. Bel, N. Beliy, V. Bellee, N. Belloli, K. Belous, I. Belyaev, 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. Bifani, P. Billoir, A. Birnkraut, A. Bizzeti, M. Bjørn, T. Blake, F. Blanc, S. Blusk, V. Bocci, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bondar, N. Bondar, S. Borghi, M. Borisyak, M. Borsato, F. Bossu, M. Boubdir, T. J. V. Bowcock, E. Bowen, C. Bozzi, S. Braun, M. Brodski, J. Brodzicka, D. Brundu, E. Buchanan, C. Burr, A. Bursche, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, R. Calabrese, 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, L. Carson, K. Carvalho Akiba, G. Casse, L. Cassina, M. Cattaneo, G. Cavallero, R. Cenci, D. Chamont, M. G. Chapman, M. Charles, Ph. Charpentier, G. Chatzikonstantinidis, M. Chefdeville, S. Chen, S. -G. Chitic, V. Chobanova, M. Chrzaszcz, A. Chubykin, P. Ciambrone, 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, P. Collins, T. Colombo, A. Comerma-Montells, A. Contu, G. Coombs, S. Coquereau, G. Corti, M. Corvo, C. M. Costa Sobral, B. Couturier, G. A. Cowan, D. C. Craik, A. Crocombe, M. Cruz Torres, R. Currie, C. D'Ambrosio, F. Da Cunha Marinho, 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, D. Decamp, L. Del Buono, B. Delaney, H. -P. Dembinski, M. Demmer, A. Dendek, D. Derkach, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, A. Di Canto, P. Di Nezza, S. Didenko, H. Dijkstra, F. Dordei, M. Dorigo, A. Dosil Suárez, 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, H. M. Evans, T. Evans, A. Falabella, N. Farley, S. Farry, D. Fazzini, L. Federici, G. Fernandez, P. Fernandez Declara, A. Fernandez Prieto, F. Ferrari, L. Ferreira Lopes, F. Ferreira Rodrigues, 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. Färber, E. Gabriel, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gallorini, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, B. Garcia Plana, J. García Pardiñas, J. Garra Tico, L. Garrido, 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, E. Govorkova, J. P. Grabowski, R. Graciani Diaz, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, E. Graverini, G. Graziani, A. Grecu, R. Greim, P. Griffith, L. Grillo, L. Gruber, 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, B. Hamilton, X. Han, T. H. Hancock, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, S. T. Harnew, C. Hasse, M. Hatch, J. He, M. Hecker, K. Heinicke, A. Heister, K. Hennessy, L. Henry, E. van Herwijnen, M. Heß, A. Hicheur, D. Hill, P. H. Hopchev, W. Hu, W. Huang, Z. C. Huard, W. Hulsbergen, T. Humair, M. Hushchyn, D. Hutchcroft, P. Ibis, M. Idzik, P. Ilten, K. Ivshin, R. Jacobsson, J. Jalocha, E. Jans, 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, E. Khairullin, B. Khanji, C. Khurewathanakul, K. E. Kim, T. Kirn, S. Klaver, K. Klimaszewski, T. Klimkovich, S. Koliiev, M. Kolpin, R. Kopecna, P. Koppenburg, S. Kotriakhova, M. Kozeiha, L. Kravchuk, M. Kreps, F. Kress, P. Krokovny, W. Krupa, W. Krzemien, W. Kucewicz, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, A. K. Kuonen, T. Kvaratskheliya, D. Lacarrere, G. Lafferty, A. Lai, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, T. Latham, C. Lazzeroni, R. Le Gac, A. Leflat, J. Lefrançois, R. Lefèvre, F. Lemaitre, O. Leroy, T. Lesiak, B. Leverington, P. -R. Li, T. Li, Z. Li, X. Liang, T. Likhomanenko, R. Lindner, F. Lionetto, V. Lisovskyi, X. Liu, D. Loh, A. Loi, I. Longstaff, J. H. Lopes, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, 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, G. Manca, G. Mancinelli, D. Marangotto, J. Maratas, J. F. Marchand, U. Marconi, C. Marin Benito, M. Marinangeli, P. Marino, J. Marks, G. Martellotti, M. Martin, M. Martinelli, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, Z. Mathe, C. Matteuzzi, A. Mauri, E. Maurice, B. Maurin, A. Mazurov, M. McCann, A. McNab, R. McNulty, J. V. Mead, B. Meadows, C. Meaux, F. Meier, 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, J. Molina Rodriguez, T. Mombächer, I. A. Monroy, S. Monteil, M. Morandin, G. Morello, M. J. Morello, O. Morgunova, J. Moron, A. B. Morris, R. Mountain, F. Muheim, M. Mulder, 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, T. D. Nguyen, C. Nguyen-Mau, S. Nieswand, R. Niet, N. Nikitin, A. Nogay, D. P. O'Hanlon, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, S. Ogilvy, R. Oldeman, C. J. G. Onderwater, A. Ossowska, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, P. R. Pais, 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, M. Petruzzo, B. Pietrzyk, G. Pietrzyk, M. Pikies, D. Pinci, F. Pisani, A. Pistone, A. Piucci, V. Placinta, S. Playfer, M. Plo Casasus, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, N. Polukhina, I. Polyakov, E. Polycarpo, G. J. Pomery, S. Ponce, A. Popov, D. Popov, S. Poslavskii, C. Potterat, E. Price, J. Prisciandaro, C. Prouve, V. Pugatch, A. Puig Navarro, H. Pullen, G. Punzi, W. Qian, J. Qin, R. Quagliani, B. Quintana, 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, C. Remon Alepuz, V. Renaudin, S. Ricciardi, S. Richards, K. Rinnert, P. Robbe, A. Robert, A. B. Rodrigues, E. Rodrigues, J. A. Rodriguez Lopez, A. Rogozhnikov, S. Roiser, A. Rollings, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, M. Rotondo, M. S. Rudolph, T. Ruf, J. Ruiz Vidal, J. J. Saborido Silva, N. Sagidova, B. Saitta, V. Salustino Guimaraes, C. Sanchez Mayordomo, B. Sanmartin Sedes, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, E. Santovetti, G. Sarpis, A. Sarti, C. Satriano, A. Satta, D. M. Saunders, 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, M. H. Schune, R. Schwemmer, B. Sciascia, A. Sciubba, A. Semennikov, E. S. Sepulveda, A. Sergi, N. Serra, J. Serrano, L. Sestini, P. Seyfert, M. Shapkin, Y. Shcheglov, T. Shears, L. Shekhtman, V. Shevchenko, B. G. Siddi, R. Silva Coutinho, L. Silva de Oliveira, G. Simi, S. Simone, N. Skidmore, T. Skwarnicki, I. T. Smith, M. Smith, l. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, B. Souza De Paula, B. Spaan, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, P. Stefko, S. Stefkova, O. Steinkamp, S. Stemmle, O. Stenyakin, M. Stepanova, H. Stevens, S. Stone, B. Storaci, S. Stracka, M. E. Stramaglia, M. Straticiuc, U. Straumann, S. Strokov, J. Sun, L. Sun, K. Swientek, V. Syropoulos, T. Szumlak, M. Szymanski, S. T'Jampens, Z. Tang, A. Tayduganov, T. Tekampe, G. Tellarini, F. Teubert, E. Thomas, J. van Tilburg, M. J. Tilley, V. Tisserand, M. Tobin, S. Tolk, L. Tomassetti, D. Tonelli, R. Tourinho Jadallah Aoude, E. Tournefier, M. Traill, M. T. Tran, M. Tresch, A. Trisovic, A. Tsaregorodtsev, A. Tully, N. Tuning, A. Ukleja, A. Usachov, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, C. Vacca, A. Vagner, V. Vagnoni, A. Valassi, S. Valat, G. Valenti, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, S. Vecchi, M. van Veghel, J. J. Velthuis, M. Veltri, G. Veneziano, A. Venkateswaran, T. A. Verlage, M. Vernet, M. Vesterinen, J. V. Viana Barbosa, D. Vieira, M. Vieites Diaz, H. Viemann, X. Vilasis-Cardona, A. Vitkovskiy, M. Vitti, V. Volkov, A. Vollhardt, B. Voneki, A. Vorobyev, V. Vorobyev, C. Voß, J. A. de Vries, C. Vázquez 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, J. Wicht, G. Wilkinson, M. Wilkinson, M. R. J. Williams, M. Williams, T. Williams, F. F. Wilson, J. Wimberley, M. Winn, J. Wishahi, W. Wislicki, M. Witek, G. Wormser, S. A. Wotton, K. Wyllie, D. Xiao, Y. Xie, A. Xu, M. Xu, Q. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Yang, Z. Yang, Y. Yao, H. Yin, J. Yu, X. Yuan, O. Yushchenko, K. A. Zarebski, M. Zavertyaev, L. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, Y. Zheng, X. Zhu, V. Zhukov, J. B. Zonneveld, S. Zucchelli

Published 2018-04-25Version 1

The decay $\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ p \overline{p} \pi^-$ is observed using $pp$ collision data collected with the LHCb detector at centre-of-mass energies of $\sqrt{s}=$ 7 and 8 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 3 $fb^{-1}$. The ratio of branching fractions between $\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ p \overline{p} \pi^-$ and $\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ \pi^-$ decays is measured to be \begin{equation*} \frac{\mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ p \overline{p}\pi^-)}{\mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ \pi^-)} = 0.0540 \pm 0.0023 \pm 0.0032. \end{equation*} Two resonant structures are observed in the $ \Lambda_c^+ \pi^-$ mass spectrum of the ${\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ p\overline{p} \pi^-}$ decays, corresponding to the $\Sigma_c(2455)^0$ and $\Sigma_c^{*}(2520)^0$ states. The ratios of branching fractions with respect to the decay $\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ p \overline{p} \pi^-$ are \begin{align*} \frac{\mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to \Sigma_c^0 p\overline{p})\times\mathcal{B}(\Sigma_c^0\to \Lambda_c^+ \pi^-)}{\mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ p \overline{p}\pi^-)} = 0.089\pm0.015\pm0.006, \frac{\mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to \Sigma_c^{*0} p\overline{p})\times\mathcal{B}(\Sigma_c^{*0}\to \Lambda_c^+ \pi^-)}{\mathcal{B}(\Lambda_b^0 \to \Lambda_c^+ p \overline{p}\pi^-)} = 0.119\pm0.020\pm0.014. \end{align*} In all of the above results, the first uncertainty is statistical and the second is systematic. The phase space is also examined for the presence of dibaryon resonances. No evidence for such resonances is found.