Observation of the decay $X(3872) \to π^0 χ_{c1}(1P)$

BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, S. Ahmed, M. Albrecht, M. Alekseev, A. Amoroso, F. F. An, Q. An, Y. Bai, O. Bakina, R. Baldini Ferroli, Y. Ban, K. Begzsuren, J. V. Bennett, N. Berger, M. Bertani, D. Bettoni, F. Bianchi, J. Bloms, I. Boyko, R. A. Briere, H. Cai, X. Cai, A. Calcaterra, G. F. Cao, N. Cao, S. A. Cetin, J. Chai, J. F. Chang, W. L. Chang, G. Chelkov, D. Y. Chen, G. Chen, H. S. Chen, J. C. Chen, M. L. Chen, S. J. Chen, Y. B. Chen, W. Cheng, G. Cibinetto, F. Cossio, X. F. Cui, H. L. Dai, J. P. Dai, X. C. Dai, A. Dbeyssi, D. Dedovich, Z. Y. Deng, A. Denig, I. Denysenko, M. Destefanis, F. De Mori, Y. Ding, C. Dong, J. Dong, L. Y. Dong, M. Y. Dong, Z. L. Dou, S. X. Du, J. Z. Fan, J. Fang, S. S. Fang, Y. Fang, R. Farinelli, L. Fava, F. Feldbauer, G. Felici, C. Q. Feng, M. Fritsch, C. D. Fu, Y. Fu, Q. Gao, X. L. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. G. Gao, Z. Gao, B. Garillon, I. Garzia, A. Gilman, K. Goetzen, L. Gong, W. X. Gong, W. Gradl, M. Greco, L. M. Gu, M. H. Gu, S. Gu, Y. T. Gu, A. Q. Guo, L. B. Guo, R. P. Guo, Y. P. Guo, A. Guskov, S. Han, X. Q. Hao, F. A. Harris, K. L. He, F. H. Heinsius, T. Held, Y. K. Heng, Y. R. Hou, Z. L. Hou, H. M. Hu, J. F. Hu, T. Hu, Y. Hu, G. S. Huang, J. S. Huang, X. T. Huang, X. Z. Huang, N. Huesken, T. Hussain, W. Ikegami Andersson, W. Imoehl, M. Irshad, Q. Ji, Q. P. Ji, X. B. Ji, X. L. Ji, H. L. Jiang, X. S. Jiang, X. Y. Jiang, J. B. Jiao, Z. Jiao, D. P. Jin, S. Jin, Y. Jin, T. Johansson, N. Kalantar-Nayestanaki, X. S. Kang, R. Kappert, M. Kavatsyuk, B. C. Ke, I. K. Keshk, T. Khan, A. Khoukaz, P. Kiese, R. Kiuchi, R. Kliemt, L. Koch, O. B. Kolcu, B. Kopf, M. Kuemmel, M. Kuessner, A. Kupsc, M. Kurth, M. G. Kurth, W. Kühn, J. S. Lange, P. Larin, L. Lavezzi, H. Leithoff, T. Lenz, C. Li, Cheng Li, D. M. Li, F. Li, F. Y. Li, G. Li, H. B. Li, H. J. Li, J. C. Li, J. W. Li, Ke Li, L. K. Li, Lei Li, P. L. Li, P. R. Li, Q. Y. Li, W. D. Li, W. G. Li, X. H. Li, X. L. Li, X. N. Li, X. Q. Li, Z. B. Li, H. Liang, H. Liang, Y. F. Liang, Y. T. Liang, G. R. Liao, L. Z. Liao, J. Libby, C. X. Lin, D. X. Lin, Y. J. Lin, B. Liu, B. J. Liu, C. X. Liu, D. Liu, D. Y. Liu, F. H. Liu, Fang Liu, Feng Liu, H. B. Liu, H. M. Liu, Huanhuan Liu, Huihui Liu, J. B. Liu, J. Y. Liu, K. Y. Liu, Ke Liu, Q. Liu, S. B. Liu, T. Liu, X. Liu, X. Y. Liu, Y. B. Liu, Z. A. Liu, Zhiqing Liu, Y. F. Long, X. C. Lou, H. J. Lu, J. D. Lu, J. G. Lu, Y. Lu, Y. P. Lu, C. L. Luo, M. X. Luo, P. W. Luo, T. Luo, X. L. Luo, S. Lusso, X. R. Lyu, F. C. Ma, H. L. Ma, L. L. Ma, M. M. Ma, Q. M. Ma, X. N. Ma, X. X. Ma, X. Y. Ma, Y. M. Ma, F. E. Maas, M. Maggiora, S. Maldaner, Q. A. Malik, A. Mangoni, Y. J. Mao, Z. P. Mao, S. Marcello, Z. X. Meng, J. G. Messchendorp, G. Mezzadri, J. Min, T. J. Min, R. E. Mitchell, X. H. Mo, Y. J. Mo, C. Morales Morales, N. Yu. Muchnoi, H. Muramatsu, A. Mustafa, S. Nakhoul, Y. Nefedov, F. Nerling, I. B. Nikolaev, Z. Ning, S. Nisar, S. L. Niu, S. L. Olsen, Q. Ouyang, S. Pacetti, Y. Pan, M. Papenbrock, P. Patteri, M. Pelizaeus, H. P. Peng, K. Peters, J. Pettersson, J. L. Ping, R. G. Ping, A. Pitka, R. Poling, V. Prasad, M. Qi, T. Y. Qi, S. Qian, C. F. Qiao, N. Qin, X. P. Qin, X. S. Qin, Z. H. Qin, J. F. Qiu, S. Q. Qu, K. H. Rashid, C. F. Redmer, M. Richter, M. Ripka, A. Rivetti, M. Rolo, G. Rong, Ch. Rosner, M. Rump, A. Sarantsev, M. Savrié, K. Schoenning, W. Shan, X. Y. Shan, M. Shao, C. P. Shen, P. X. Shen, X. Y. Shen, H. Y. Sheng, X. Shi, X. D Shi, J. J. Song, Q. Q. Song, X. Y. Song, S. Sosio, C. Sowa, S. Spataro, F. F. Sui, G. X. Sun, J. F. Sun, L. Sun, S. S. Sun, X. H. Sun, Y. J. Sun, Y. K Sun, Y. Z. Sun, Z. J. Sun, Z. T. Sun, Y. T Tan, C. J. Tang, G. Y. Tang, X. Tang, V. Thoren, B. Tsednee, I. Uman, B. Wang, B. L. Wang, C. W. Wang, D. Y. Wang, H. H. Wang, K. Wang, L. L. Wang, L. S. Wang, M. Wang, M. Z. Wang, Meng Wang, P. Wang, P. L. Wang, R. M. Wang, W. P. Wang, X. Wang, X. F. Wang, Y. Wang, Y. F. Wang, Z. Wang, Z. G. Wang, Z. Y. Wang, Zongyuan Wang, T. Weber, D. H. Wei, P. Weidenkaff, H. W. Wen, S. P. Wen, U. Wiedner, M. Wolke, L. H. Wu, L. J. Wu, Z. Wu, L. Xia, Y. Xia, S. Y. Xiao, Y. J. Xiao, Z. J. Xiao, Y. G. Xie, Y. H. Xie, T. Y. Xing, X. A. Xiong, Q. L. Xiu, G. F. Xu, J. J. Xu, L. Xu, Q. J. Xu, W. Xu, X. P. Xu, F. Yan, L. Yan, W. B. Yan, W. C. Yan, Y. H. Yan, H. J. Yang, H. X. Yang, L. Yang, R. X. Yang, S. L. Yang, Y. H. Yang, Y. X. Yang, Yifan Yang, Z. Q. Yang, M. Ye, M. H. Ye, J. H. Yin, Z. Y. You, B. X. Yu, C. X. Yu, J. S. Yu, C. Z. Yuan, X. Q. Yuan, Y. Yuan, A. Yuncu, A. A. Zafar, Y. Zeng, B. X. Zhang, B. Y. Zhang, C. C. Zhang, D. H. Zhang, H. H. Zhang, H. Y. Zhang, J. Zhang, J. L. Zhang, J. Q. Zhang, J. W. Zhang, J. Y. Zhang, J. Z. Zhang, K. Zhang, L. Zhang, S. F. Zhang, T. J. Zhang, X. Y. Zhang, Y. Zhang, Y. H. Zhang, Y. T. Zhang, Yang Zhang, Yao Zhang, Yu Zhang, Z. H. Zhang, Z. P. Zhang, Z. Y. Zhang, G. Zhao, J. W. Zhao, J. Y. Zhao, J. Z. Zhao, Lei Zhao, Ling Zhao, M. G. Zhao, Q. Zhao, S. J. Zhao, T. C. Zhao, Y. B. Zhao, Z. G. Zhao, A. Zhemchugov, B. Zheng, J. P. Zheng, Y. Zheng, Y. H. Zheng, B. Zhong, L. Zhou, L. P. Zhou, Q. Zhou, X. Zhou, X. K. Zhou, X. R. Zhou, Xiaoyu Zhou, Xu Zhou, A. N. Zhu, J. Zhu, J. Zhu, K. Zhu, K. J. Zhu, S. H. Zhu, W. J. Zhu, X. L. Zhu, Y. C. Zhu, Y. S. Zhu, Z. A. Zhu, J. Zhuang, B. S. Zou, J. H. Zou

Published 2019-01-13Version 1

Using a total of $9.0~\mathrm{fb}^{-1}$ of $e^+e^-$ collision data with center-of-mass energies between 4.15 and 4.30 GeV collected by the BESIII detector, we search for the processes $e^+e^-\to \gamma X(3872)$ with $X(3872)\to\pi^0\chi_{cJ}$ for $J=0,1,2$. We report the first observation of $X(3872)\to\pi^{0}\chi_{c1}$, a new decay mode of the $X(3872)$, with a statistical significance of more than 5$\sigma$. Normalizing to the previously established process $e^+e^-\to \gamma X(3872)$ with $X(3872)\to\pi^+\pi^-J/\psi$, we find ${\cal B}(X(3872) \to \pi^0 \chi_{c1})/{\cal B}(X(3872) \to \pi^+\pi^- J/\psi) = 0.88^{+0.33}_{-0.27}\pm0.10$, where the first error is statistical and the second is systematic. We set 90% confidence level upper limits on the corresponding ratios for the decays to $\pi^0\chi_{c0}$ and $\pi^0\chi_{c2}$ of 19 and 1.1, respectively.