Study of the doubly charmed tetraquark T+cc

Aaij, R. et al. (2022) Study of the doubly charmed tetraquark T+cc. Nature Communications, 13, 3351. (doi: 10.1038/s41467-022-30206-w) (PMID:35710739) (PMCID:PMC9203551)

Abstract

Quantum chromodynamics, the theory of the strong force, describes interactions of coloured quarks and gluons and the formation of hadronic matter. Conventional hadronic matter consists of baryons and mesons made of three quarks and quark-antiquark pairs, respectively. Particles with an alternative quark content are known as exotic states. Here a study is reported of an exotic narrow state in the D0D0π+ mass spectrum just below the D*+D0 mass threshold produced in proton-proton collisions collected with the LHCb detector at the Large Hadron Collider. The state is consistent with the ground isoscalar T+cc tetraquark with a quark content of ccu⎯⎯⎯d⎯⎯⎯ and spin-parity quantum numbers JP = 1+. Study of the DD mass spectra disfavours interpretation of the resonance as the isovector state. The decay structure via intermediate off-shell D*+ mesons is consistent with the observed D0π+ mass distribution. To analyse the mass of the resonance and its coupling to the D*D system, a dedicated model is developed under the assumption of an isoscalar axial-vector T+cc state decaying to the D*D channel. Using this model, resonance parameters including the pole position, scattering length, effective range and compositeness are determined to reveal important information about the nature of the T+cc state. In addition, an unexpected dependence of the production rate on track multiplicity is observed.

• Item Type: Articles
• Status: Published
• Refereed: Yes
• Glasgow Author(s) Enlighten ID: Seman Bobulska, Dana and Alexander, Dr Michael and Soler, Professor Paul and Robertson, Mr Gary and Schiller, Dr Manuel and Friday, David and Coombs, George and Spradlin, Dr Patrick and Cooke, Miss Naomi and Petric, Dr Marko and Eklund, Prof Lars and Longstaff, Iain Richard and McHugh, Niall and Douglas, Lauren
• Authors: Aaij, R., Abdelmotteleb, A. S. W., Abellán Beteta, C., Abudinen Gallego, F. J., Ackernley, T., Adeva, B., Adinolfi, M., Afsharnia, H., Agapopoulou, C., Aidala, C. A., Aiola, S., Ajaltouni, Z., Akar, S., Albrecht, J., Alessio, F., Alexander, M., Alfonso Albero, A., Aliouche, Z., Alkhazov, G., Alvarez Cartelle, P., Amato, S., Amey, J. L., Amhis, Y., An, L., Anderlini, L., Andreianov, A., Andreotti, M., Archilli, F., Artamonov, A., Artuso, M., Arzymatov, K., Aslanides, E., Atzeni, M., Audurier, B., Bachmann, S., Bachmayer, M., Back, J. J., Baladron Rodriguez, P., Balagura, V., Baldini, W., Baptista Leite, J., Barbetti, M., Barlow, R. J., Barsuk, S., Barter, W., Bartolini, M., Baryshnikov, F., Basels, J. 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• First Published: First published in Nature Communications 13: 3351
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