Improved measurement of Born cross sections for $χ_{bJ}\,ω$ and $χ_{bJ}\,(π^+π^-π^0)_{\rm non-ω}$ ($J$ = 0, 1, 2) at Belle and Belle II
Belle, Belle II Collaborations, :, I. Adachi, L. Aggarwal, H. Ahmed, H. Aihara, N. Akopov, M. Alhakami, A. Aloisio, N. Althubiti, M. Angelsmark, N. Anh Ky, D. M. Asner, H. Atmacan, V. Aushev, M. Aversano, R. Ayad, V. Babu, H. Bae, N. K. Baghel, S. Bahinipati, P. Bambade, Sw. Banerjee, M. Barrett, M. Bartl, J. Baudot, A. Baur, A. Beaubien, F. Becherer, J. Becker, J. V. Bennett, F. U. Bernlochner, V. Bertacchi, M. Bertemes, E. Bertholet, M. Bessner, S. Bettarini, B. Bhuyan, F. Bianchi, D. Biswas, A. Bobrov, D. Bodrov, A. Bolz, A. Bondar, A. Boschetti, A. Bozek, M. Bračko, P. Branchini, R. A. Briere, T. E. Browder, A. Budano, S. Bussino, Q. Campagna, M. Campajola, G. Casarosa, C. Cecchi, J. Cerasoli, M. -C. Chang, P. Chang, R. Cheaib, P. Cheema, B. G. Cheon, K. Chilikin, J. Chin, K. Chirapatpimol, H. -E. Cho, K. Cho, S. -J. Cho, S. -K. Choi, S. Choudhury, J. Cochran, I. Consigny, L. Corona, J. X. Cui, E. De La Cruz-Burelo, S. A. De La Motte, G. De Nardo, G. De Pietro, R. de Sangro, M. Destefanis, S. Dey, R. Dhamija, A. Di Canto, F. Di Capua, J. Dingfelder, Z. Doležal, I. Domínguez Jiménez, T. V. Dong, M. Dorigo, D. Dossett, K. Dugic, G. Dujany, P. Ecker, D. Epifanov, J. Eppelt, P. Feichtinger, T. Ferber, T. Fillinger, C. Finck, G. Finocchiaro, A. Fodor, F. Forti, B. G. Fulsom, A. Gabrielli, E. Ganiev, M. Garcia-Hernandez, G. Gaudino, V. Gaur, V. Gautam, A. Gaz, A. Gellrich, G. Ghevondyan, D. Ghosh, H. Ghumaryan, G. Giakoustidis, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, A. Glazov, B. Gobbo, R. Godang, O. Gogota, P. Goldenzweig, W. Gradl, E. Graziani, D. Greenwald, Z. Gruberová, Y. Guan, K. Gudkova, I. Haide, Y. Han, C. Harris, K. Hayasaka, H. Hayashii, S. Hazra, C. Hearty, M. T. Hedges, A. Heidelbach, I. Heredia de la Cruz, M. Hernández Villanueva, T. Higuchi, M. Hoek, M. Hohmann, R. Hoppe, P. Horak, C. -L. Hsu, T. Humair, T. Iijima, K. Inami, N. Ipsita, A. Ishikawa, R. Itoh, M. Iwasaki, P. Jackson, D. Jacobi, W. W. Jacobs, E. -J. Jang, Q. P. Ji, S. Jia, Y. Jin, A. Johnson, K. K. Joo, H. Junkerkalefeld, M. Kaleta, J. Kandra, K. H. Kang, S. Kang, G. Karyan, T. Kawasaki, F. Keil, C. Ketter, C. Kiesling, C. -H. Kim, D. Y. Kim, J. -Y. Kim, K. -H. Kim, Y. J. Kim, Y. -K. Kim, H. Kindo, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, K. Kojima, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, R. Kowalewski, P. Križan, P. Krokovny, T. Kuhr, Y. Kulii, D. Kumar, R. Kumar, K. Kumara, T. Kunigo, A. Kuzmin, Y. -J. Kwon, S. Lacaprara, Y. -T. Lai, K. Lalwani, T. Lam, J. S. Lange, T. S. Lau, M. Laurenza, R. Leboucher, F. R. Le Diberder, M. J. Lee, C. Lemettais, P. Leo, C. Li, L. K. Li, Q. M. Li, W. Z. Li, Y. Li, Y. B. Li, Y. P. Liao, J. Libby, J. Lin, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Y. Liu, Z. Q. Liu, D. Liventsev, S. Longo, T. Lueck, C. Lyu, Y. Ma, C. Madaan, M. Maggiora, S. P. Maharana, R. Maiti, G. Mancinelli, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, S. Marcello, C. Marinas, C. Martellini, A. Martens, A. Martini, T. Martinov, L. Massaccesi, M. Masuda, D. Matvienko, S. K. Maurya, M. Maushart, J. A. McKenna, R. Mehta, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, S. Mitra, K. Miyabayashi, H. Miyake, R. Mizuk, S. Mondal, S. Moneta, H. -G. Moser, R. Mussa, I. Nakamura, M. Nakao, Y. Nakazawa, M. Naruki, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, G. Nazaryan, M. Neu, M. Niiyama, S. Nishida, S. Ogawa, R. Okubo, H. Ono, Y. Onuki, G. Pakhlova, S. Pardi, K. Parham, H. Park, J. Park, K. Park, S. -H. Park, B. Paschen, A. Passeri, S. Patra, S. Paul, T. K. Pedlar, I. Peruzzi, R. Peschke, R. Pestotnik, M. Piccolo, L. E. Piilonen, T. Podobnik, S. Pokharel, A. Prakash, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, S. Privalov, H. Purwar, P. Rados, S. Raiz, N. Rauls, K. Ravindran, J. U. Rehman, M. Reif, S. Reiter, M. Remnev, L. Reuter, D. Ricalde Herrmann, I. Ripp-Baudot, G. Rizzo, S. H. Robertson, M. Roehrken, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, D. A. Sanders, S. Sandilya, L. Santelj, V. Savinov, B. Scavino, J. Schmitz, S. Schneider, G. Schnell, M. Schnepf, C. Schwanda, Y. Seino, A. Selce, K. Senyo, J. Serrano, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, G. Sharma, C. P. Shen, X. D. Shi, T. Shillington, T. Shimasaki, J. -G. Shiu, D. Shtol, B. Shwartz, A. Sibidanov, F. Simon, J. B. Singh, J. Skorupa, R. J. Sobie, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, E. Solovieva, W. Song, S. Spataro, B. Spruck, M. Starič, P. Stavroulakis, S. Stefkova, R. Stroili, J. Strube, Y. Sue, M. Sumihama, K. Sumisawa, N. Suwonjandee, H. Svidras, M. Takahashi, M. Takizawa, U. Tamponi, K. Tanida, F. Tenchini, A. Thaller, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, I. Tsaklidis, I. Ueda, T. Uglov, K. Unger, Y. Unno, K. Uno, S. Uno, P. Urquijo, Y. Ushiroda, S. E. Vahsen, R. van Tonder, K. E. Varvell, M. Veronesi, A. Vinokurova, V. S. Vismaya, L. Vitale, V. Vobbilisetti, R. Volpe, A. Vossen, M. Wakai, S. Wallner, M. -Z. Wang, A. Warburton, M. Watanabe, S. Watanuki, C. Wessel, X. P. Xu, B. D. Yabsley, S. Yamada, W. Yan, W. C. Yan, S. B. Yang, J. Yelton, J. H. Yin, K. Yoshihara, C. Z. Yuan, J. Yuan, Y. Yusa, L. Zani, F. Zeng, M. Zeyrek, B. Zhang, V. Zhilich, J. S. Zhou, Q. D. Zhou, L. Zhu, V. I. Zhukova, R. Žlebčík
TL;DR
This study presents an improved measurement of Born cross sections for $e^+e^-\to\chi_{bJ}\,\omega$ and $e^+e^-\to\chi_{bJ}\,(\pi^+\pi^-\pi^0)_{\rm non-\omega}$ (with $J=0,1,2$) using Belle and Belle II data across $\sqrt{s}=10.73$–11.02 GeV and around 10.75 GeV, respectively. A key result is that $\Upsilon(10753)$ decays to $\chi_{bJ}\,\omega$ but not to the non-$\omega$ final state, while $\Upsilon(10860)$ decays to $\chi_{bJ}\,(\pi^+\pi^-\pi^0)_{\rm non-\omega}$ but not to $\chi_{bJ}\,\omega$, indicating different internal structures for these resonances. The mass and width of $\Upsilon(10753)$ are measured as $M=(10756.1\pm3.4\,({\rm stat})\pm2.7\,({\rm syst}))$ MeV/$c^2$ and $\Gamma=(32.2\pm11.3\,({\rm stat})\pm14.9\,({\rm syst}))$ MeV, with the products $\Gamma_{ee}{\cal B}(\Upsilon(10753)\to\chi_{b1}\,\omega)=1.46\pm0.25\,({\rm stat})\pm0.20\,({\rm syst})$ eV and $\Gamma_{ee}{\cal B}(\Upsilon(10753)\to\chi_{b2}\,\omega)=1.29\pm0.38\,({\rm stat})\pm0.31\,({\rm syst})$ eV. The results, including an energy-dependent fit with a three-resonance model, support a complex coupling pattern and motivate future studies of $Z_b$-mediated mechanisms in the non-ω channel; they also provide tighter constraints on bottomonium-like structures in the 10.7–11.0 GeV region.
Abstract
We study the processes $χ_{bJ}\,ω$ and $χ_{bJ}\,(π^+π^-π^0)_{\rm non-ω}$ ($J$ = 0, 1, 2) at center-of-mass energies $\sqrt{s}$ from 10.73--11.02 GeV using a $142.5\,\mathrm{fb}^{-1}$ data sample collected with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^+ e^-$ collider; and at $\sqrt{s}\sim10.75$ GeV using a $19.8\,\mathrm{fb}^{-1}$ sample collected with Belle II at SuperKEKB. We find that the $Υ(10753)$ state decays into $χ_{bJ}\,ω$ but not into $χ_{bJ}\,(π^+π^-π^0)_{\rm non-ω}$, while the $Υ(10860)$ state, in contrast, decays into $χ_{bJ}\,(π^+π^-π^0)_{\rm non-ω}$ but not into $χ_{bJ}\,ω$. The mass and width of the $Υ(10753)$ state are measured to be $(10756.1\pm3.4({\rm stat.})\pm2.7({\rm syst.}))$ MeV/$c^2$ and $(32.2\pm11.3({\rm stat.})\pm14.9({\rm syst.}))$ MeV. The products of the partial width to $e^+e^-$ and branching fractions for $Υ(10753)\toχ_{b1}\,ω$ and $Υ(10753)\toχ_{b2}\,ω$ are ($1.46\pm0.25({\rm stat.})\pm 0.20({\rm syst.})$) eV and ($1.29\pm0.38({\rm stat.})\pm 0.31({\rm syst.})$) eV.
