Observation of ηc (1 S,2 S) and χcJ decays to 2 (π+π-)η via ψ (3686) radiative transitions

Ablikim, M.; Achasov, M.  n.; Adlarson, P.; Aliberti, R.; Amoroso, A.; M.  r., An; An, Q.; Bai, Y.; Bakina, O.; Balossino, I.; Ban, Y.; Batozskaya, V.; Begzsuren, K.; Berger, N.; Berlowski, M.; Bertani, M.; Bettoni, D.; Bianchi, F.; Bianco, E.; Bloms, J.; Bortone, A.; Boyko, I.; Briere, R.  a.; Brueggemann, A.; Cai, H.; Cai, X.; Calcaterra, A.; Cao, G.  f.; Cao, N.; Cetin, S.  a.; Chang, J.  f.; Chang, T.  t.; Chang, W.  l.; Che, G.  r.; Chelkov, G.; Chen, C.; Chen, Chao; Chen, G.; Chen, H.  s.; Chen, M.  l.; Chen, S.  j.; Chen, S.  m.; Chen, T.; Chen, X.  r.; Chen, X.  t.; Chen, Y.  b.; Chen, Y.  q.; Chen, Z.  j.; Cheng, W.  s.; Choi, S.  k.; Chu, X.; Cibinetto, G.; Coen, S.  c.; Cossio, F.; Cui, J.  j.; Dai, H.  l.; Dai, J.  p.; Dbeyssi, A.; De Boer, R.  e.; Dedovich, D.; Deng, Z.  y.; Denig, A.; Denysenko, I.; Destefanis, M.; De Mori, F.; Ding, B.; Ding, X.  x.; Ding, Y.; Ding, Y.; Dong, J.; Dong, L.  y.; Dong, M.  y.; Dong, X.; S.  x., Du; Duan, Z.  h.; Egorov, P.; Fan, Y.  l.; Fang, J.; Fang, S.  s.; Fang, W.  x.; Fang, Y.; Farinelli, R.; Fava, L.; Feldbauer, F.; Felici, G.; Feng, C.  q.; Feng, J.  h.; Fischer, K.; Fritsch, M.; Fritzsch, C.; C.  d., Fu; J.  l., Fu; Y.  w., Fu; Gao, H.; Gao, Y.  n.; Gao, Yang; Garbolino, S.; Garzia, I.; P.  t., Ge; Z.  w., Ge; Geng, C.; Gersabeck, E.  m.; Gilman, A.; Goetzen, K.; Gong, L.; Gong, W.  x.; Gradl, W.; Gramigna, S.; Greco, M.; M.  h., Gu; Y.  t., Gu; Guan, C.  y.; Guan, Z.  l.; Guo, A.  q.; Guo, L.  b.; Guo, R.  p.; Guo, Y.  p.; Guskov, A.; Han, T.  t.; Han, W.  y.; Hao, X.  q.; Harris, F.  a.; K.  k., He; K.  l., He; Heinsius, F.  h.  h.; Heinz, C.  h.; Heng, Y.  k.; Herold, C.; Holtmann, T.; Hong, P.  c.; Hou, G.  y.; Hou, X.  t.; Hou, Y.  r.; Hou, Z.  l.; H.  m., Hu; J.  f., Hu; Hu, T.; Hu, Y.; Huang, G.  s.; Huang, K.  x.; Huang, L.  q.; Huang, X.  t.; Huang, Y.  p.; Hussain, T.; Hüsken, N.; Imoehl, W.; Irshad, M.; Jackson, J.; Jaeger, S.; Janchiv, S.; Jeong, J.  h.; Ji, Q.; Q.  p., Ji; X.  b., Ji; X.  l., Ji; Y.  y., Ji; Jia, Z.  k.; Jiang, P.  c.; Jiang, S.  s.; Jiang, T.  j.; Jiang, X.  s.; Jiang, Y.; Jiao, J.  b.; Jiao, Z.; Jin, S.; Jin, Y.; Jing, M.  q.; Johansson, T.; Kabana, S.; Kalantar-Nayestanaki, N.; Kang, X.  l.; Kang, X.  s.; Kappert, R.; Kavatsyuk, M.; B.  c., Ke; Khoukaz, A.; Kiuchi, R.; Kliemt, R.; Koch, L.; Kolcu, O.  b.; Kopf, B.; Kuessner, M.  k.; Kui, X.; Kupsc, A.; Kühn, W.; Lane, J.  j.; Lange, J.  s.; Larin, P.; Lavania, A.; Lavezzi, L.; Lei, T.  t.; Lei, Z.  h.; Leithoff, H.; Lellmann, M.; Lenz, T.; Li, C.; Li, C.; C.  h., Li; Cheng, Li; D.  m., Li; Li, F.; Li, G.; Li, H.; H.  b., Li; H.  j., Li; H.  n., Li; Hui, Li; J.  r., Li; J.  s., Li; J.  w., Li; Ke, Li; L.  j., Li; L.  k., Li; Lei, Li; M.  h., Li; P.  r., Li; S.  x., Li; Li, T.; W.  d., Li; W.  g., Li; X.  h., Li; X.  l., Li; Xiaoyu, Li; Y.  g., Li; Z.  j., Li; Z.  x., Li; Z.  y., Li; Liang, C.; Liang, H.; Liang, H.; Liang, H.; Liang, Y.  f.; Liang, Y.  t.; Liao, G.  r.; Liao, L.  z.; Libby, J.; Limphirat, A.; Lin, D.  x.; Lin, T.; Liu, B.  j.; Liu, B.  x.; Liu, C.; Liu, C.  x.; Liu, D.; Liu, F.  h.; Liu, Fang; Liu, Feng; Liu, G.  m.; Liu, H.; Liu, H.  b.; Liu, H.  m.; Liu, Huanhuan; Liu, Huihui; Liu, J.  b.; Liu, J.  l.; Liu, J.  y.; Liu, K.; Liu, K.  y.; Liu, Ke; Liu, L.; Liu, L.  c.; Liu, Lu; Liu, M.  h.; Liu, P.  l.; Liu, Q.; Liu, S.  b.; Liu, T.; Liu, W.  k.; Liu, W.  m.; Liu, X.; Liu, Y.; Liu, Y.  b.; Liu, Z.  a.; Liu, Z.  q.; Lou, X.  c.; F.  x., Lu; H.  j., Lu; J.  g., Lu; X.  l., Lu; Lu, Y.; Y.  p., Lu; Z.  h., Lu; Luo, C.  l.; Luo, M.  x.; Luo, T.; Luo, X.  l.; Lyu, X.  r.; Lyu, Y.  f.; F.  c., Ma; H.  l., Ma; J.  l., Ma; L.  l., Ma; M.  m., Ma; Q.  m., Ma; R.  q., Ma; R.  t., Ma; X.  y., Ma; Ma, Y.; Y.  m., Ma; Maas, F.  e.; Maggiora, M.; Maldaner, S.; Malde, S.; Mangoni, A.; Mao, Y.  j.; Mao, Z.  p.; Marcello, S.; Meng, Z.  x.; Messchendorp, J.  g.; Mezzadri, G.; Miao, H.; Min, T.  j.; Mitchell, R.  e.; X.  h., Mo; Muchnoi, N.  yu.; Nefedov, Y.; Nerling, F.; Nikolaev, I.  b.; Ning, Z.; Nisar, S.; Niu, Y.; Olsen, S.  l.; Ouyang, Q.; Pacetti, S.; Pan, X.; Pan, Y.; Pathak, A.; Patteri, P.; Pei, Y.  p.; Pelizaeus, M.; Peng, H.  p.; Peters, K.; Ping, J.  l.; Ping, R.  g.; Plura, S.; Pogodin, S.; Prasad, V.; F.  z., Qi; Qi, H.; H.  r., Qi; Qi, M.; T.  y., Qi; Qian, S.; Qian, W.  b.; Qiao, C.  f.; Qin, J.  j.; Qin, L.  q.; Qin, X.  p.; Qin, X.  s.; Qin, Z.  h.; Qiu, J.  f.; S.  q., Qu; Redmer, C.  f.; Ren, K.  j.; Rivetti, A.; Rodin, V.; Rolo, M.; Rong, G.; Rosner, Ch.; Ruan, S.  n.; Salone, N.; Sarantsev, A.; Schelhaas, Y.; Schoenning, K.; Scodeggio, M.; Shan, K.  y.; Shan, W.; Shan, X.  y.; Shangguan, J.  f.; Shao, L.  g.; Shao, M.; Shen, C.  p.; Shen, H.  f.; Shen, W.  h.; Shen, X.  y.; Shi, B.  a.; Shi, H.  c.; Shi, J.  l.; Shi, J.  y.; Shi, Q.  q.; Shi, R.  s.; Shi, X.; Song, J.  j.; Song, T.  z.; Song, W.  m.; Song, Y.  j.; Song, Y.  x.; Sosio, S.; Spataro, S.; Stieler, F.; Y.  j., Su; Sun, G.  b.; Sun, G.  x.; Sun, H.; Sun, H.  k.; Sun, J.  f.; Sun, K.; Sun, L.; Sun, S.  s.; Sun, T.; Sun, W.  y.; Sun, Y.; Sun, Y.  j.; Sun, Y.  z.; Sun, Z.  t.; Tan, Y.  x.; Tang, C.  j.; Tang, G.  y.; Tang, J.; Tang, Y.  a.; Tao, L. Y.; Tao, Q.  t.; Tat, M.; Teng, J.  x.; Thoren, V.; Tian, W.  h.; Tian, W.  h.; Tian, Y.; Tian, Z.  f.; Uman, I.; Wang, B.; Wang, B.  l.; Wang, Bo; Wang, C.  w.; Wang, D.  y.; Wang, F.; Wang, H.  j.; Wang, H.  p.; Wang, K.; Wang, L.  l.; Wang, M.; Wang, Meng; Wang, S.; Wang, S.; Wang, T.; Wang, T.  j.; Wang, W.; Wang, W.; Wang, W.  h.; Wang, W.  p.; Wang, X.; Wang, X.  f.; Wang, X.  j.; Wang, X.  l.; Wang, Y.; Wang, Y.  d.; Wang, Y.  f.; Wang, Y.  h.; Wang, Y.  n.; Wang, Y.  q.; Wang, Yaqian; Wang, Yi; Wang, Z.; Wang, Z.  l.; Wang, Z.  y.; Wang, Ziyi; Wei, D.; Wei, D.  h.; Weidner, F.; Wen, S.  p.; Wenzel, C.  w.; Wiedner, U.  w.; Wilkinson, G.; Wolke, M.; Wollenberg, L.; Wu, C.; J.  f., Wu; L.  h., Wu; L.  j., Wu; Wu, X.; X.  h., Wu; Wu, Y.; Y.  j., Wu; Wu, Z.; Xia, L.; Xian, X.  m.; Xiang, T.; Xiao, D.; Xiao, G.  y.; Xiao, H.; Xiao, S.  y.; Xiao, Y.  l.; Xiao, Z.  j.; Xie, C.; Xie, X.  h.; Xie, Y.; Xie, Y.  g.; Xie, Y.  h.; Xie, Z.  p.; Xing, T.  y.; C.  f., Xu; C.  j., Xu; G.  f., Xu; H.  y., Xu; Q.  j., Xu; Q.  n., Xu; Xu, W.; W.  l., Xu; X.  p., Xu; Y.  c., Xu; Z.  p., Xu; Z.  s., Xu; Yan, F.; Yan, L.; Yan, W.  b.; Yan, W.  c.; Yan, X.  q.; Yang, H.  j.; Yang, H.  l.; Yang, H.  x.; Yang, Tao; Yang, Y.; Yang, Y.  f.; Yang, Y.  x.; Yang, Yifan; Yang, Z.  w.; Ye, M.; M.  h., Ye; Yin, J.  h.; You, Z.  y.; B.  x., Yu; C.  x., Yu; Yu, G.; Yu, T.; X.  d., Yu; Yuan, C.  z.; Yuan, L.; Yuan, S.  c.; Yuan, X.  q.; Yuan, Y.; Yuan, Z.  y.; Yue, C.  x.; Zafar, A.  a.; Zeng, F.  r.; Zeng, X.; Zeng, Y.; Zeng, Y.  j.; Zhai, X.  y.; Zhan, Y.  h.; Zhang, A.  q.; Zhang, B.  l.; Zhang, B.  x.; Zhang, D.  h.; Zhang, G.  y.; Zhang, H.; Zhang, H.  h.; Zhang, H.  h.; Zhang, H.  q.; Zhang, H.  y.; Zhang, J.  j.; Zhang, J.  l.; Zhang, J.  q.; Zhang, J.  w.; Zhang, J.  x.; Zhang, J.  y.; Zhang, J.  z.; Zhang, Jianyu; Zhang, Jiawei; Zhang, L.  m.; Zhang, L.  q.; Zhang, Lei; Zhang, P.; Zhang, Q.  y.; Zhang, Shuihan; Zhang, Shulei; Zhang, X.  d.; Zhang, X.  m.; Zhang, X.  y.; Zhang, X.  y.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zhang, Y.  t.; Zhang, Y.  h.; Zhang, Yan; Zhang, Yao; Zhang, Z.  h.; Zhang, Z.  l.; Zhang, Z.  y.; Zhang, Z.  y.; Zhao, G.; Zhao, J.; Zhao, J.  y.; Zhao, J.  z.; Zhao, Lei; Zhao, Ling; Zhao, M.  g.; Zhao, S.  j.; Zhao, Y.  b.; Zhao, Y.  x.; Zhao, Z.  g.; Zhemchugov, A.; Zheng, B.; Zheng, J.  p.; Zheng, W.  j.; Zheng, Y.  h.; Zhong, B.; Zhong, X.; Zhou, H.; Zhou, L.  p.; Zhou, X.; Zhou, X.  k.; Zhou, X.  r.; Zhou, X.  y.; Zhou, Y.  z.; Zhu, J.; Zhu, K.; Zhu, K.  j.; Zhu, L.; Zhu, L.  x.; Zhu, S.  h.; Zhu, S.  q.; Zhu, T.  j.; Zhu, W.  j.; Zhu, Y.  c.; Zhu, Z.  a.; Zou, J.  h.; Zu, J.; Null, Null

doi:10.1103/physrevd.111.052013

Based on (2712.4±14.1)×106 ψ(3686) decays collected with the BESIII detector, we have observed, for the first time, the hadronic decays of S- and P-wave charmonium states into 2(π+π-)η via radiative transitions from ψ(3686). The branching fraction of the decay ηc(1S)→2(π+π-)η has a significant dependence on the interference pattern between ηc(1S) and non-ηc(1S) processes. We measure it in both the destructive and constructive interference scenarios for the first time. The mass and width of the ηc(1S) are measured to be M=(2984.14±0.13±0.38) MeV/c2 and Γ=(28.82±0.11±0.82) MeV, respectively. Clear signals for the decays of the χcJ(J=0,1,2) and the ηc(2S) to 2(π+π-)η are also observed for the first time, and the corresponding branching fractions are measured. The ratio of the branching fractions between the ηc(2S) and ηc(1S) decays is significantly lower than the theoretical prediction, which might suggest different dynamics in their decays.