English

Evidence for the Direct Two-Photon Transition from $\psi(3686)$ to $J/\psi$

High Energy Physics - Experiment 2012-11-02 v3 High Energy Physics - Phenomenology
Authors: BESIII Collaboration , M. Ablikim , M. N. Achasov , D. J. Ambrose , F. F. An , Q. An , Z. H. An , J. Z. Bai , R. B. Ferroli , Y. Ban , J. Becker , N. Berger , M. B. Bertani , J. M. Bian , E. Boger , O. Bondarenko , I. Boyko , R. A. Briere , V. Bytev , X. Cai , A. C. Calcaterra , G. F. Cao , J. F. Chang , G. Chelkov , G. Chen , H. S. Chen , J. C. Chen , M. L. Chen , S. J. Chen , Y. Chen , Y. B. Chen , H. P. Cheng , Y. P. Chu , D. Cronin-Hennessy , H. L. Dai , J. P. Dai , D. Dedovich , Z. Y. Deng , A. Denig , I. Denysenko , M. Destefanis , W. M. Ding , Y. Ding , L. Y. Dong , M. Y. Dong , S. X. Du , J. Fang , S. S. Fang , L. Fava , F. Feldbauer , C. Q. Feng , C. D. Fu , J. L. Fu , Y. Gao , C. Geng , K. Goetzen , W. X. Gong , W. Gradl , M. Greco , M. H. Gu , Y. T. Gu , Y. H. Guan , A. Q. Guo , L. B. Guo , Y. P. Guo , Y. L. Han , X. Q. Hao , F. A. Harris , K. L. He , M. He , Z. Y. He , T. Held , Y. K. Heng , Z. L. Hou , H. M. Hu , J. F. Hu , T. Hu , B. Huang , G. M. Huang , J. S. Huang , X. T. Huang , Y. P. Huang , T. Hussain , C. S. Ji , Q. Ji , X. B. Ji , X. L. Ji , L. K. Jia , L. L. Jiang , X. S. Jiang , J. B. Jiao , Z. Jiao , D. P. Jin , S. Jin , F. F. Jing , N. Kalantar-Nayestanaki , M. Kavatsyuk , W. Kuehn , W. Lai , J. S. Lange , J. K. C. Leung , C. H. Li , Cheng Li , Cui Li , D. M. Li , F. Li , G. Li , H. B. Li , J. C. Li , K. Li , Lei Li , N. B. Li , Q. J. Li , S. L. Li , W. D. Li , W. G. Li , X. L. Li , X. N. Li , X. Q. Li , X. R. Li , Z. B. Li , H. Liang , Y. F. Liang , Y. T. Liang , G. R. Liao , X. T. Liao , B. J. Liu , B. J. Liu , C. L. Liu , C. X. Liu , C. Y. Liu , F. H. Liu , Fang Liu , Feng Liu , H. Liu , H. B. Liu , H. H. Liu , H. M. Liu , H. W. Liu , J. P. Liu , Kun Liu , Kai Liu , K. Y. Liu , P. L. Liu , S. B. Liu , X. Liu , X. H. Liu , Y. B. Liu , Y. Liu , Z. A. Liu , Zhiqiang Liu , Zhiqing Liu , H. Loehner , G. R. Lu , H. J. Lu , J. G. Lu , Q. W. Lu , X. R. Lu , Y. P. Lu , C. L. Luo , M. X. Luo , T. Luo , X. L. Luo , M. Lv , C. L. Ma , F. C. Ma , H. L. Ma , Q. M. Ma , S. Ma , T. Ma , X. Y. Ma , Y. Ma , F. E. Maas , M. Maggiora , Q. A. Malik , H. Mao , Y. J. Mao , Z. P. Mao , J. G. Messchendorp , J. Min , T. J. Min , R. E. Mitchell , X. H. Mo , C. Morales Morales , C. Motzko , N. Yu. Muchnoi , Y. Nefedov , C. Nicholson , I. B. Nikolaev , Z. Ning , S. L. Olsen , Q. Ouyang , S. P. Pacetti , J. W. Park , M. Pelizaeus , K. Peters , J. L. Ping , R. G. Ping , R. Poling , E. Prencipe , C. S. J. Pun , M. Qi , S. Qian , C. F. Qiao , X. S. Qin , Y. Qin , Z. H. Qin , J. F. Qiu , K. H. Rashid , G. Rong , X. D. Ruan , A. Sarantsev , J. Schulze , M. Shao , C. P. Shen , X. Y. Shen , H. Y. Sheng , M. R. Shepherd , X. Y. Song , S. Spataro , B. Spruck , D. H. Sun , G. X. Sun , J. F. Sun , S. S. Sun , X. D. Sun , Y. J. Sun , Y. Z. Sun , Z. J. Sun , Z. T. Sun , C. J. Tang , X. Tang , E. H. Thorndike , H. L. Tian , D. Toth , M. U. Ulrich , G. S. Varner , B. Wang , B. Q. Wang , K. Wang , L. L. Wang , L. S. Wang , M. Wang , P. Wang , P. L. Wang , Q. Wang , Q. J. Wang , S. G. Wang , X. F. Wang , X. L. Wang , Y. D. Wang , Y. F. Wang , Y. Q. Wang , Z. Wang , Z. G. Wang , Z. Y. Wang , D. H. Wei , P. Weidenkaff , Q. G. Wen , S. P. Wen , M. W. Werner , U. Wiedner , L. H. Wu , N. Wu , S. X. Wu , W. Wu , Z. Wu , L. G. Xia , Z. J. Xiao , Y. G. Xie , Q. L. Xiu , G. F. Xu , G. M. Xu , H. Xu , Q. J. Xu , X. P. Xu , Y. Xu , Z. R. Xu , F. Xue , Z. Xue , L. Yan , W. B. Yan , Y. H. Yan , H. X. Yang , T. Yang , Y. Yang , Y. X. Yang , H. Ye , M. Ye , M. H. Ye , B. X. Yu , C. X. Yu , J. S. Yu , S. P. Yu , C. Z. Yuan , W. L. Yuan , Y. Yuan , A. A. Zafar , A. Z. Zallo , Y. Zeng , B. X. Zhang , B. Y. Zhang , C. C. Zhang , D. H. Zhang , H. H. Zhang , H. Y. Zhang , J. Zhang , J. G. Zhang , J. Q. Zhang , J. W. Zhang , J. Y. Zhang , J. Z. Zhang , L. Zhang , S. H. Zhang , T. R. Zhang , X. J. Zhang , X. Y. Zhang , Y. Zhang , Y. H. Zhang , Y. S. Zhang , Z. P. Zhang , Z. Y. Zhang , G. Zhao , H. S. Zhao , J. W. Zhao , K. X. Zhao , Lei Zhao , Ling Zhao , M. G. Zhao , Q. Zhao , S. J. Zhao , T. C. Zhao , X. H. Zhao , Y. B. Zhao , Z. G. Zhao , A. Zhemchugov , B. Zheng , J. P. Zheng , Y. H. Zheng , Z. P. Zheng , B. Zhong , J. Zhong , L. Zhou , X. K. Zhou , X. R. Zhou , C. Zhu , K. Zhu , K. J. Zhu , S. H. Zhu , X. L. Zhu , X. W. Zhu , Y. M. Zhu , Y. S. Zhu , Z. A. Zhu , J. Zhuang , B. S. Zou , J. H. Zou , J. X. Zuo
View on arXiv ↗ PDF ↗ DOI ↗

Abstract

The two-photon transition ψ(3686)→γγJ/ψ\psi(3686)\to\gamma\gamma J/\psi is studied in a sample of 106 million ψ(3686)\psi(3686) decays collected by the BESIII detector. The branching fraction is measured to be (3.1±0.6(\unitstat)−1.0+0.8(\unitsyst))×10−4(3.1\pm0.6(\unit{stat})^{+0.8}_{-1.0}(\unit{syst})) \times10^{-4} using J/ψ→e+e−J/\psi\to e^+e^- and J/ψ→μ+μ−J/\psi\to\mu^+\mu^- decays, and its upper limit is estimated to be 4.5×10−44.5\times10^{-4} at the 90% conference level. This work represents the first measurement of a two-photon transition among charmonium states. The orientation of the ψ(3686)\psi(3686) decay plane and the J/ψJ/\psi polarization in this decay are also studied. In addition, the product branching fractions of sequential E1E1 transitions ψ(3686)→γχcJ,χcJ→γJ/ψ(J=0,1,2)\psi(3686)\to\gamma\chi_{cJ}, \chi_{cJ}\to\gamma J/\psi (J=0,1,2) are reported.

Keywords

two-photon transition charmonium branching fraction BESIII psi(3686) J/psi

Cite

@article{arxiv.1204.0246,
  title  = {Evidence for the Direct Two-Photon Transition from $\psi(3686)$ to $J/\psi$},
  author = {BESIII Collaboration and M. Ablikim and M. N. Achasov and D. J. Ambrose and F. F. An and Q. An and Z. H. An and J. Z. Bai and R. B. Ferroli and Y. Ban and J. Becker and N. Berger and M. B. Bertani and J. M. Bian and E. Boger and O. Bondarenko and I. Boyko and R. A. Briere and V. Bytev and X. Cai and A. C. Calcaterra and G. F. Cao and J. F. Chang and G. Chelkov and G. Chen and H. S. Chen and J. C. Chen and M. L. Chen and S. J. Chen and Y. Chen and Y. B. Chen and H. P. Cheng and Y. P. Chu and D. Cronin-Hennessy and H. L. Dai and J. P. Dai and D. Dedovich and Z. Y. Deng and A. Denig and I. Denysenko and M. Destefanis and W. M. Ding and Y. Ding and L. Y. Dong and M. Y. Dong and S. X. Du and J. Fang and S. S. Fang and L. Fava and F. Feldbauer and C. Q. Feng and C. D. Fu and J. L. Fu and Y. Gao and C. Geng and K. Goetzen and W. X. Gong and W. Gradl and M. Greco and M. H. Gu and Y. T. Gu and Y. H. Guan and A. Q. Guo and L. B. Guo and Y. P. Guo and Y. L. Han and X. Q. Hao and F. A. Harris and K. L. He and M. He and Z. Y. He and T. Held and Y. K. Heng and Z. L. Hou and H. M. Hu and J. F. Hu and T. Hu and B. Huang and G. M. Huang and J. S. Huang and X. T. Huang and Y. P. Huang and T. Hussain and C. S. Ji and Q. Ji and X. B. Ji and X. L. Ji and L. K. Jia and L. L. Jiang and X. S. Jiang and J. B. Jiao and Z. Jiao and D. P. Jin and S. Jin and F. F. Jing and N. Kalantar-Nayestanaki and M. Kavatsyuk and W. Kuehn and W. Lai and J. S. Lange and J. K. C. Leung and C. H. Li and Cheng Li and Cui Li and D. M. Li and F. Li and G. Li and H. B. Li and J. C. Li and K. Li and Lei Li and N. B. Li and Q. J. Li and S. L. Li and W. D. Li and W. G. Li and X. L. Li and X. N. Li and X. Q. Li and X. R. Li and Z. B. Li and H. Liang and Y. F. Liang and Y. T. Liang and G. R. Liao and X. T. Liao and B. J. Liu and B. J. Liu and C. L. Liu and C. X. Liu and C. Y. Liu and F. H. Liu and Fang Liu and Feng Liu and H. Liu and H. B. Liu and H. H. Liu and H. M. Liu and H. W. Liu and J. P. Liu and Kun Liu and Kai Liu and K. Y. Liu and P. L. Liu and S. B. Liu and X. Liu and X. H. Liu and Y. B. Liu and Y. Liu and Z. A. Liu and Zhiqiang Liu and Zhiqing Liu and H. Loehner and G. R. Lu and H. J. Lu and J. G. Lu and Q. W. Lu and X. R. Lu and Y. P. Lu and C. L. Luo and M. X. Luo and T. Luo and X. L. Luo and M. Lv and C. L. Ma and F. C. Ma and H. L. Ma and Q. M. Ma and S. Ma and T. Ma and X. Y. Ma and Y. Ma and F. E. Maas and M. Maggiora and Q. A. Malik and H. Mao and Y. J. Mao and Z. P. Mao and J. G. Messchendorp and J. Min and T. J. Min and R. E. Mitchell and X. H. Mo and C. Morales Morales and C. Motzko and N. Yu. Muchnoi and Y. Nefedov and C. Nicholson and I. B. Nikolaev and Z. Ning and S. L. Olsen and Q. Ouyang and S. P. Pacetti and J. W. Park and M. Pelizaeus and K. Peters and J. L. Ping and R. G. Ping and R. Poling and E. Prencipe and C. S. J. Pun and M. Qi and S. Qian and C. F. Qiao and X. S. Qin and Y. Qin and Z. H. Qin and J. F. Qiu and K. H. Rashid and G. Rong and X. D. Ruan and A. Sarantsev and J. Schulze and M. Shao and C. P. Shen and X. Y. Shen and H. Y. Sheng and M. R. Shepherd and X. Y. Song and S. Spataro and B. Spruck and D. H. Sun and G. X. Sun and J. F. Sun and S. S. Sun and X. D. Sun and Y. J. Sun and Y. Z. Sun and Z. J. Sun and Z. T. Sun and C. J. Tang and X. Tang and E. H. Thorndike and H. L. Tian and D. Toth and M. U. Ulrich and G. S. Varner and B. Wang and B. Q. Wang and K. Wang and L. L. Wang and L. S. Wang and M. Wang and P. Wang and P. L. Wang and Q. Wang and Q. J. Wang and S. G. Wang and X. F. Wang and X. L. Wang and Y. D. Wang and Y. F. Wang and Y. Q. Wang and Z. Wang and Z. G. Wang and Z. Y. Wang and D. H. Wei and P. Weidenkaff and Q. G. Wen and S. P. Wen and M. W. Werner and U. Wiedner and L. H. Wu and N. Wu and S. X. Wu and W. Wu and Z. Wu and L. G. Xia and Z. J. Xiao and Y. G. Xie and Q. L. Xiu and G. F. Xu and G. M. Xu and H. Xu and Q. J. Xu and X. P. Xu and Y. Xu and Z. R. Xu and F. Xue and Z. Xue and L. Yan and W. B. Yan and Y. H. Yan and H. X. Yang and T. Yang and Y. Yang and Y. X. Yang and H. Ye and M. Ye and M. H. Ye and B. X. Yu and C. X. Yu and J. S. Yu and S. P. Yu and C. Z. Yuan and W. L. Yuan and Y. Yuan and A. A. Zafar and A. Z. Zallo and Y. Zeng and B. X. Zhang and B. Y. Zhang and C. C. Zhang and D. H. Zhang and H. H. Zhang and H. Y. Zhang and J. Zhang and J. G. Zhang and J. Q. Zhang and J. W. Zhang and J. Y. Zhang and J. Z. Zhang and L. Zhang and S. H. Zhang and T. R. Zhang and X. J. Zhang and X. Y. Zhang and Y. Zhang and Y. H. Zhang and Y. S. Zhang and Z. P. Zhang and Z. Y. Zhang and G. Zhao and H. S. Zhao and J. W. Zhao and K. X. Zhao and Lei Zhao and Ling Zhao and M. G. Zhao and Q. Zhao and S. J. Zhao and T. C. Zhao and X. H. Zhao and Y. B. Zhao and Z. G. Zhao and A. Zhemchugov and B. Zheng and J. P. Zheng and Y. H. Zheng and Z. P. Zheng and B. Zhong and J. Zhong and L. Zhou and X. K. Zhou and X. R. Zhou and C. Zhu and K. Zhu and K. J. Zhu and S. H. Zhu and X. L. Zhu and X. W. Zhu and Y. M. Zhu and Y. S. Zhu and Z. A. Zhu and J. Zhuang and B. S. Zou and J. H. Zou and J. X. Zuo},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1204.0246},
  year   = {2012}
}

Comments

6 pages, 3 figures, 2 tables

Related papers

View all related →
High Energy Physics - Experiment · Physics
Evidence for $\eta_{c} \rightarrow \gamma\gamma$ and Measurement of $J/\psi\rightarrow 3\gamma$
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, D. J. Ambrose +339
2015-03-20
High Energy Physics - Experiment · Physics
Improved measurements of two-photon widths of the $\chi_{cJ}$ states and helicity analysis for $\chi_{c2}\to\gamma\gamma$
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, S. Ahmed +438
2017-12-06
High Energy Physics - Experiment · Physics
\psi(2S) Decays into $\J$ plus Two Photons
BES collaboration
2012-08-27
High Energy Physics - Experiment · Physics
BES Results on Charmonium Decays and Transitions
Frederick A. Harris
2017-08-23
High Energy Physics - Experiment · Physics
Observation of $\eta_{c}$(1S, 2S) and $\chi_{cJ}$ decays to 2$(\pi^{+}\pi^{-})\eta$ via $\psi$(3686) radiative transitions
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson +657
2024-06-13
High Energy Physics - Experiment · Physics
Study of two-photon decays of pseudoscalar mesons via $J/\psi$ radiative decays
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, S. Ahmed +447
2018-05-02
High Energy Physics - Experiment · Physics
BES Results on J/psi decays and Charmonium Transitions
Frederick A. Harris
2016-08-31
High Energy Physics - Experiment · Physics
Branching fraction measurements of $\psi(3686) \to \gamma \chi_{cJ}$
BESIII collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, S. Ahmed +431
2017-08-23
High Energy Physics - Experiment · Physics
Precision measurement of the branching fractions of $\eta^\prime$ decays
M. Ablikim, M. N. Achasov, S. Ahmed, M. Albrecht +460
2019-04-17
High Energy Physics - Experiment · Physics
Observation of the $J/\psi$ and $\psi(3686)$ decays into $\eta\Sigma^{+}\bar{\Sigma}^{-}$
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson +580
2022-12-29
High Energy Physics - Experiment · Physics
First Measurement of the Branching Ratio of $J/\psi\to\gamma f_{2}(1270) f_{2}(1270)$
BES Collaboration, M. Ablikim
2008-11-26
High Energy Physics - Experiment · Physics
Measurements of the branching fractions of $\chi_{cJ}\to 2K^+ 2K^- \omega$ and $\phi K^+ K^- \omega$ decays
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson +708
2026-01-06
High Energy Physics - Experiment · Physics
Study of $J/\psi$ and $\psi(3686)$ decay to $\Lambda\bar{\Lambda}$ and $\Sigma^0\bar{\Sigma}^0$ final states
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, S. Ahmed +428
2017-04-05
High Energy Physics - Experiment · Physics
Measurement of the branching fractions of $\chi_{cJ} \to \pi^{+}\pi^{-}\pi^{0}\pi^{0}$ via $\psi(3686) \to \gamma\chi_{cJ}$
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson +762
2026-04-14
High Energy Physics - Experiment · Physics
Measurement of Branching Fractions of $J/\psi$ and $\psi(3686)$ decays to $\Sigma^{+}$ and $\overline{\Sigma}^-$
M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson, S. Ahmed +511
2022-01-26
High Energy Physics - Experiment · Physics
Observation of $\psi(3686) \rightarrow e^{+}e^{-}\chi_{cJ}$ and $\chi_{cJ} \rightarrow e^{+}e^{-}J/\psi$
M. Ablikim, M. N. Achasov, X. C. Ai, O. Albayrak +422
2017-06-07
High Energy Physics - Experiment · Physics
Measurement of branching fractions for $\psi(3686)\rightarrow\gamma\eta',\gamma\eta$ and $\gamma\pi^{0}$
M. Ablikim, M. N. Achasov, X. C. Ai, O. Albayrak +422
2017-10-04
High Energy Physics - Experiment · Physics
Observation of the decays $\chi_{cJ} \to \phi \phi \eta$
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson +485
2020-01-28
High Energy Physics - Experiment · Physics
Measurement of the branching fraction of the decay $J/\psi \to p \bar{p} \eta$
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson +660
2025-05-01
High Energy Physics - Experiment · Physics
Evidence for $\eta_c$(2S)$\to\pipieta$ decay
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson +577
2023-04-19
High Energy Physics - Experiment · Physics
Observation of the decays $\chi_{cJ}\to\Sigma^{0}\bar{p}K^{+}+{\rm c.c.}~(J=0, 1, 2)$
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson +503
2020-11-25
High Energy Physics - Experiment · Physics
Improved measurement of the branching fractions for $J/\psi\to\gamma\pi^0$, $\gamma\eta$ and $\gamma\eta^\prime$
BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson +619
2023-08-29
High Energy Physics - Experiment · Physics
Measurement of the absolute branching fractions of Jpsi to gamma eta and eta decay modes
BESIII Collaboration
2023-05-10
High Energy Physics - Phenomenology · Physics
Study of the rare decay $J/\psi \to 2\gamma+hadrons$ at the BESIII
Feng Zhang, Jian-Xiong Wang
2022-06-28
High Energy Physics - Experiment · Physics
Study of the decays $\psi(3686)\rightarrow\gamma\chi_{cJ}\rightarrow\gamma\bar{p}K^{*+}\Lambda+c.c.$ and $\psi(3686)\rightarrow\bar{p}K^{*+}\Lambda+c.c.$
M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson, S. Ahmed +479
2019-10-16