Publication

Observation of a Threshold Enhancement in the π+π- Spectrum in ψ (3686) →π+π-J/ψ Decays

Jianxin Zhang
2026

Résumé

Based on the (2712.4±14.4)×106 ψ(3686) events collected with the BESIII detector, we present a high-precision study of the π+π- mass spectrum in ψ(3686)→π+π-J/ψ decays. A clear resonancelike structure is observed near the π+π- mass threshold for the first time. A fit with a Breit-Wigner function yields a mass of 285.6±2.5 MeV/c2 and a width of 16.3±0.9 MeV with a statistical significance exceeding 10σ. To interpret the data, we incorporate final-state interactions (FSI) within two theoretical frameworks: chiral perturbation theory (ChPT) and QCD multipole expansion (QCDME). ChPT describes the spectrum above 0.3 GeV/c2 but fails to reproduce the threshold enhancement. In contrast, the QCDME model - assuming the ψ(3686) is an admixture of S- and D-wave charmonium - reproduces the data well. The pronounced dip near 0.3 GeV/c2 offers new insight into the interplay between chiral dynamics and low-energy QCD.

Source officielle

https://infoscience.epfl.ch/entities/publication/b6c0af52-6984-42e9-ac34-87018eaf3713

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Quarkonium

In particle physics, quarkonium (from quark and -onium, pl. quarkonia) is a flavorless meson whose constituents are a heavy quark and its own antiquark, making it both a neutral particle and its own antiparticle. The name "quarkonium" is analogous to positronium, the bound state of electron and anti-electron. The particles are short-lived due to matter-antimatter annihilation. Vector meson Light quarks (up, down, and strange) are much less massive than the heavier quarks, and so the physical states actually seen in experiments (η, η′, and π0 mesons) are quantum mechanical mixtures of the light quark states.

Pentaquark

vignette|Schéma d'un pentaquark générique : quatre quarks et un antiquark (en jaune). Un pentaquark est une particule subatomique composée de cinq quarks qui a été prévue par les théoriciens en 1997. La recherche des pentaquarks (et des tétraquarks) est devenue un sujet d’étude à part entière en physique expérimentale, et plusieurs pentaquarks ont été produits au LHC, de type cqqq. L'existence des pentaquarks fut prédite initialement par Maxim Polyakov, et Victor Petrov de l' en 1997 ; mais leur théorie fut accueillie avec scepticisme.

Chiral symmetry breaking

In particle physics, chiral symmetry breaking is the spontaneous symmetry breaking of a chiral symmetry – usually by a gauge theory such as quantum chromodynamics, the quantum field theory of the strong interaction. Yoichiro Nambu was awarded the 2008 Nobel prize in physics for describing this phenomenon ("for the discovery of the mechanism of spontaneous broken symmetry in subatomic physics").

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From data to the analytic S-matrix: A Bootstrap fit of the pion scattering amplitude

Search for long-lived particles using displaced vertices with low-momentum tracks in proton-proton collisions at s=13 TeV