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 Tcc+ tetraquark with a quark content of c c u ¯ 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 Tcc+ 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 Tcc+ state. In addition, an unexpected dependence of the production rate on track multiplicity is observed.
Original language | English |
---|---|
Article number | 3351 |
Pages (from-to) | 1-19 |
Number of pages | 19 |
Journal | Nature Communications |
Volume | 13 |
DOIs | |
Publication status | Published - 16 Jun 2022 |
Bibliographical note
Funding Information:This paper is dedicated to the memory of our dear friend and colleague Simon Eidelman, whose contributions to improving the quality of our papers were greatly appreciated. We express our gratitude to our colleagues in the CERN accelerator departments for the excellent performance of the LHC. We thank the technical and administrative staff at the LHCb institutes. We acknowledge support from CERN and from the national agencies: CAPES, CNPq, FAPERJ and FINEP (Brazil); MOST and NSFC (China); CNRS/IN2P3 (France); BMBF, DFG and MPG (Germany); INFN (Italy); NWO (Netherlands); MNiSW and NCN (Poland); MEN/IFA (Romania); MSHE (Russia); MICINN (Spain); SNSF and SER (Switzerland); NASU (Ukraine); STFC (UK); DOE NP and NSF (USA). We acknowledge the computing resources that are provided by CERN, IN2P3 (France), KIT and DESY (Germany), INFN (Italy), SURF (Netherlands), PIC (Spain), GridPP (UK), RRCKI and Yandex LLC (Russia), CSCS (Switzerland), IFIN-HH (Romania), CBPF (Brazil), PL-GRID (Poland) and NERSC (USA). We are indebted to the communities behind the multiple open-source software packages on which we depend. Individual groups or members have received support from ARC and ARDC (Australia); AvH Foundation (Germany); EPLANET, Marie Skłodowska-Curie Actions and ERC (European Union); A*MIDEX, ANR, IPhU and Labex P2IO, and Région Auvergne-Rhône-Alpes (France); Key Research Program of Frontier Sciences of CAS, CAS PIFI, CAS CCEPP, Fundamental Research Funds for the Central Universities, and Sci. & Tech. Program of Guangzhou (China); RFBR, RSF and Yandex LLC (Russia); GVA, XuntaGal and GENCAT (Spain); the Leverhulme Trust, the Royal Society and UKRI (UK).
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This paper is dedicated to the memory of our dear friend and colleague Simon Eidelman, whose contributions to improving the quality of our papers were greatly appreciated. We express our gratitude to our colleagues in the CERN accelerator departments for the excellent performance of the LHC. We thank the technical and administrative staff at the LHCb institutes. We acknowledge support from CERN and from the national agencies: CAPES, CNPq, FAPERJ and FINEP (Brazil); MOST and NSFC (China); CNRS/IN2P3 (France); BMBF, DFG and MPG (Germany); INFN (Italy); NWO (Netherlands); MNiSW and NCN (Poland); MEN/IFA (Romania); MSHE (Russia); MICINN (Spain); SNSF and SER (Switzerland); NASU (Ukraine); STFC (UK); DOE NP and NSF (USA). We acknowledge the computing resources that are provided by CERN, IN2P3 (France), KIT and DESY (Germany), INFN (Italy), SURF (Netherlands), PIC (Spain), GridPP (UK), RRCKI and Yandex LLC (Russia), CSCS (Switzerland), IFIN-HH (Romania), CBPF (Brazil), PL-GRID (Poland) and NERSC (USA). We are indebted to the communities behind the multiple open-source software packages on which we depend. Individual groups or members have received support from ARC and ARDC (Australia); AvH Foundation (Germany); EPLANET, Marie Skłodowska-Curie Actions and ERC (European Union); A*MIDEX, ANR, IPhU and Labex P2IO, and Région Auvergne-Rhône-Alpes (France); Key Research Program of Frontier Sciences of CAS, CAS PIFI, CAS CCEPP, Fundamental Research Funds for the Central Universities, and Sci. & Tech. Program of Guangzhou (China); RFBR, RSF and Yandex LLC (Russia); GVA, XuntaGal and GENCAT (Spain); the Leverhulme Trust, the Royal Society and UKRI (UK).
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In: Nature Communications, Vol. 13, 3351, 16.06.2022, p. 1-19.
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AU - Poslavskii, S.
AU - Prasanth, K.
AU - Promberger, L.
AU - Prouve, C.
AU - Pugatch, V.
AU - Puill, V.
AU - Pullen, H.
AU - Punzi, G.
AU - Qi, H.
AU - Qian, W.
AU - Qin, J.
AU - Qin, N.
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AU - Quintana, B.
AU - Raab, N. V.
AU - Trejo, R. I.Rabadan
AU - Rachwal, B.
AU - Rademacker, J. H.
AU - Rama, M.
AU - Pernas, M. Ramos
AU - Rangel, M. S.
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AU - Raven, G.
AU - Reboud, M.
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AU - Reiss, F.
AU - Alepuz, C. Remon
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AU - Renaudin, V.
AU - Ribatti, R.
AU - Ricciardi, S.
AU - Rinnert, K.
AU - Robbe, P.
AU - Robertson, G.
AU - Rodrigues, A. B.
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AU - Lopez, J. A.Rodriguez
AU - Rodriguez, E. R.R.Rodriguez
AU - Rollings, A.
AU - Roloff, P.
AU - Romanovskiy, V.
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AU - Vidal, A. Romero
AU - Roth, J. D.
AU - Rotondo, M.
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AU - Vidal, J. Ruiz
AU - Ryzhikov, A.
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AU - Sagidova, N.
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AU - Saitta, B.
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AU - Gras, C. Sanchez
AU - Santacesaria, R.
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AU - Santovetti, E.
AU - Saranin, D.
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AU - Satriano, C.
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AU - Saur, M.
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AU - Scarabotto, A.
AU - Schael, S.
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AU - Sun, L.
AU - Sun, Y.
AU - Svihra, P.
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AU - Teubert, F.
AU - Thomas, E.
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AU - Tisserand, V.
AU - T’Jampens, S.
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AU - Vagnoni, V.
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AU - Valenti, G.
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AU - van Herwijnen, E.
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AU - Williams, M.
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AU - LHCb Collaboration
N1 - Funding Information: This paper is dedicated to the memory of our dear friend and colleague Simon Eidelman, whose contributions to improving the quality of our papers were greatly appreciated. We express our gratitude to our colleagues in the CERN accelerator departments for the excellent performance of the LHC. We thank the technical and administrative staff at the LHCb institutes. We acknowledge support from CERN and from the national agencies: CAPES, CNPq, FAPERJ and FINEP (Brazil); MOST and NSFC (China); CNRS/IN2P3 (France); BMBF, DFG and MPG (Germany); INFN (Italy); NWO (Netherlands); MNiSW and NCN (Poland); MEN/IFA (Romania); MSHE (Russia); MICINN (Spain); SNSF and SER (Switzerland); NASU (Ukraine); STFC (UK); DOE NP and NSF (USA). We acknowledge the computing resources that are provided by CERN, IN2P3 (France), KIT and DESY (Germany), INFN (Italy), SURF (Netherlands), PIC (Spain), GridPP (UK), RRCKI and Yandex LLC (Russia), CSCS (Switzerland), IFIN-HH (Romania), CBPF (Brazil), PL-GRID (Poland) and NERSC (USA). We are indebted to the communities behind the multiple open-source software packages on which we depend. Individual groups or members have received support from ARC and ARDC (Australia); AvH Foundation (Germany); EPLANET, Marie Skłodowska-Curie Actions and ERC (European Union); A*MIDEX, ANR, IPhU and Labex P2IO, and Région Auvergne-Rhône-Alpes (France); Key Research Program of Frontier Sciences of CAS, CAS PIFI, CAS CCEPP, Fundamental Research Funds for the Central Universities, and Sci. & Tech. Program of Guangzhou (China); RFBR, RSF and Yandex LLC (Russia); GVA, XuntaGal and GENCAT (Spain); the Leverhulme Trust, the Royal Society and UKRI (UK). Funding Information: This paper is dedicated to the memory of our dear friend and colleague Simon Eidelman, whose contributions to improving the quality of our papers were greatly appreciated. We express our gratitude to our colleagues in the CERN accelerator departments for the excellent performance of the LHC. We thank the technical and administrative staff at the LHCb institutes. We acknowledge support from CERN and from the national agencies: CAPES, CNPq, FAPERJ and FINEP (Brazil); MOST and NSFC (China); CNRS/IN2P3 (France); BMBF, DFG and MPG (Germany); INFN (Italy); NWO (Netherlands); MNiSW and NCN (Poland); MEN/IFA (Romania); MSHE (Russia); MICINN (Spain); SNSF and SER (Switzerland); NASU (Ukraine); STFC (UK); DOE NP and NSF (USA). We acknowledge the computing resources that are provided by CERN, IN2P3 (France), KIT and DESY (Germany), INFN (Italy), SURF (Netherlands), PIC (Spain), GridPP (UK), RRCKI and Yandex LLC (Russia), CSCS (Switzerland), IFIN-HH (Romania), CBPF (Brazil), PL-GRID (Poland) and NERSC (USA). We are indebted to the communities behind the multiple open-source software packages on which we depend. Individual groups or members have received support from ARC and ARDC (Australia); AvH Foundation (Germany); EPLANET, Marie Skłodowska-Curie Actions and ERC (European Union); A*MIDEX, ANR, IPhU and Labex P2IO, and Région Auvergne-Rhône-Alpes (France); Key Research Program of Frontier Sciences of CAS, CAS PIFI, CAS CCEPP, Fundamental Research Funds for the Central Universities, and Sci. & Tech. Program of Guangzhou (China); RFBR, RSF and Yandex LLC (Russia); GVA, XuntaGal and GENCAT (Spain); the Leverhulme Trust, the Royal Society and UKRI (UK). Publisher Copyright: © 2022, The Author(s).
PY - 2022/6/16
Y1 - 2022/6/16
N2 - 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 Tcc+ tetraquark with a quark content of c c u ¯ 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 Tcc+ 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 Tcc+ state. In addition, an unexpected dependence of the production rate on track multiplicity is observed.
AB - 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 Tcc+ tetraquark with a quark content of c c u ¯ 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 Tcc+ 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 Tcc+ state. In addition, an unexpected dependence of the production rate on track multiplicity is observed.
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85133997988&partnerID=8YFLogxK
UR - http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=85133997988&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1038/s41467-022-30206-w
DO - 10.1038/s41467-022-30206-w
M3 - Article
C2 - 35710739
AN - SCOPUS:85133997988
SN - 2041-1723
VL - 13
SP - 1
EP - 19
JO - Nature Communications
JF - Nature Communications
M1 - 3351
ER -