Study of $e^+e^- \to π^+π^-Υ(1D)$ at Belle II
Belle II Collaboration, M. Abumusabh, I. Adachi, A. Aggarwal, L. Aggarwal, H. Ahmed, Y. Ahn, H. Aihara, S. Alghamdi, M. Alhakami, A. Aloisio, N. Althubiti, K. Amos, M. Angelsmark, N. Anh Ky, C. Antonioli, D. M. Asner, H. Atmacan, T. Aushev, 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, F. Bianchi, T. Bilka, D. Biswas, A. Bobrov, D. Bodrov, A. Bondar, G. Bonvicini, J. Borah, 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, M. -C. Chang, P. Cheema, L. Chen, B. G. Cheon, C. Cheshta, H. Chetri, K. Chilikin, K. Chirapatpimol, H. -E. Cho, K. Cho, S. -J. Cho, S. -K. Choi, S. Choudhury, S. Chutia, J. Cochran, J. A. Colorado-Caicedo, 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. Dhayal, A. Di Canto, J. Dingfelder, Z. Doležal, I. Domínguez Jiménez, T. V. Dong, X. Dong, M. Dorigo, K. Dugic, G. Dujany, P. Ecker, D. Epifanov, J. Eppelt, R. Farkas, P. Feichtinger, T. Ferber, T. Fillinger, C. Finck, G. Finocchiaro, F. Forti, A. Frey, B. G. Fulsom, A. Gabrielli, A. Gale, E. Ganiev, R. Garg, G. Gaudino, V. Gaur, V. Gautam, A. Gaz, A. Gellrich, G. Ghevondyan, D. Ghosh, H. Ghumaryan, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, B. Gobbo, R. Godang, W. Gradl, E. Graziani, D. Greenwald, Y. Guan, K. Gudkova, I. Haide, Y. Han, H. Hayashii, S. Hazra, C. Hearty, A. Heidelbach, G. Heine, 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, J. Kandra, K. H. Kang, G. Karyan, F. Keil, C. Ketter, C. Kiesling, D. Y. Kim, H. Kim, J. -Y. Kim, K. -H. Kim, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, R. Kowalewski, P. Križan, P. Krokovny, T. Kuhr, Y. Kulii, D. Kumar, R. Kumar, K. Kumara, S. Kurokawa, A. Kuzmin, Y. -J. Kwon, S. Lacaprara, T. Lam, J. S. Lange, T. S. Lau, M. Laurenza, R. Leboucher, F. R. Le Diberder, H. Lee, M. J. Lee, C. Lemettais, P. Leo, H. -J. Li, L. K. Li, Q. M. Li, S. X. Li, W. Z. Li, Y. Li, Y. B. Li, Y. P. Liao, J. Libby, J. Lin, Z. Liptak, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Y. Liu, Z. Q. Liu, D. Liventsev, S. Longo, A. Lozar, T. Lueck, C. Lyu, J. L. Ma, Y. Ma, M. Maggiora, S. P. Maharana, R. Maiti, G. Mancinelli, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, S. Marcello, M. Marfoli, C. Marinas, C. Martellini, A. Martens, T. Martinov, L. Massaccesi, M. Masuda, D. Matvienko, S. K. Maurya, M. Maushart, F. Mawas, J. A. McKenna, Z. Mediankin Gruberová, R. Mehta, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, K. Miyabayashi, H. Miyake, R. Mizuk, G. B. Mohanty, S. Moneta, H. -G. Moser, Th. Muller, R. Mussa, I. Nakamura, M. Nakao, H. Nakazawa, Y. Nakazawa, M. Naruki, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, M. Neu, M. Niiyama, S. Nishida, R. Nomaru, A. Novosel, S. Ogawa, R. Okubo, H. Ono, F. Otani, P. Pakhlov, G. Pakhlova, A. Panta, S. Pardi, K. Parham, J. Park, K. Park, S. -H. Park, A. Passeri, S. Patra, S. Paul, T. K. Pedlar, R. Pestotnik, M. Piccolo, L. E. Piilonen, P. L. M. Podesta-Lerma, T. Podobnik, A. Prakash, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, S. Privalov, I. Prudiiev, M. V. Purohit, H. Purwar, S. Raiz, K. Ravindran, J. U. Rehman, M. Reif, S. Reiter, L. Reuter, D. Ricalde Herrmann, I. Ripp-Baudot, G. Rizzo, S. H. Robertson, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, S. Saha, L. Salutari, D. A. Sanders, S. Sandilya, L. Santelj, C. Santos, V. Savinov, B. Scavino, S. Schneider, K. Schoenning, C. Schwanda, Y. Seino, K. Senyo, J. Serrano, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, C. P. Shen, X. D. Shi, T. Shillington, T. Shimasaki, J. -G. Shiu, D. Shtol, A. Sibidanov, F. Simon, J. Skorupa, R. J. Sobie, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, E. Solovieva, S. Spataro, K. Špenko, B. Spruck, M. Starič, P. Stavroulakis, S. Stefkova, R. Stroili, J. Strube, M. Sumihama, N. Suwonjandee, M. Takizawa, K. Tanida, F. Tenchini, F. Testa, A. Thaller, T. Tien Manh, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, F. F. Trantou, I. Tsaklidis, I. Ueda, K. Unger, Y. Unno, K. Uno, S. Uno, Y. Ushiroda, S. E. Vahsen, R. van Tonder, K. E. Varvell, M. Veronesi, V. S. Vismaya, L. Vitale, V. Vobbilisetti, R. Volpe, M. Wakai, S. Wallner, M. -Z. Wang, A. Warburton, M. Watanabe, S. Watanuki, C. Wessel, E. Won, Y. Xie, X. P. Xu, B. D. Yabsley, W. Yan, W. Yan, J. Yelton, K. Yi, J. H. Yin, K. Yoshihara, J. Yuan, Y. Yusa, L. Zani, F. Zeng, M. Zeyrek, B. Zhang, V. Zhilich, J. S. Zhou, Q. D. Zhou, L. Zhu, R. Žlebčík
TL;DR
This study searches for dipion transitions from the vector resonance Υ(10753) to the D-wave bottomonia Υ_J(1D) with J = 2,3 by reconstructing Υ_J(1D) → γ χ_{b1,2} decays in e^+e^- collisions. Using 19.6 fb^-1 of Belle II data near 10.75 GeV and a π^+π^- recoil-mass analysis, the authors perform unbinned fits to extract potential signals but observe no significant contribution, setting 90% credibility level upper limits on σ[e^+e^- → π^+π^- Υ_2(1D)] × B(Υ_2(1D) → γ χ_{b1}) and σ[e^+e^- → π^+π^- Υ_3(1D)] × B(Υ_3(1D) → γ χ_{b2}) across several center-of-mass energies. The analysis carefully accounts for backgrounds (notably ωχ_{b1,b2} and ηΥ(2S)), ISR effects, and systematic uncertainties, and compares results under Υ(10753) vs Υ(5S) line-shapes. The findings suggest suppressed coupling of Υ(10753) to Υ_J(1D) via dipion transitions, providing constraints on bottomonium spectroscopy and potential exotic interpretations of Υ(10753). These measurements refine our understanding of radiative transitions in heavy quarkonia and inform future searches for D-wave states.
Abstract
The bottomonium spectrum, consisting of bound states of a $b$ quark and an anti-$b$ quark, provides an excellent laboratory for probing quantum chromodynamics in the non-perturbative regime. While $S$ and $P$-wave bottomonium states are well studied experimentally, information on $D$-wave states remains scarce. We search for $D$-wave bottomonium state via the decay of a vector bottomonium-like state $Υ(10753)$ in the reaction $e^+e^- \to π^+π^- Υ(1D)$, using $19.6~\mathrm{fb}^{-1}$ of data collected with the Belle II detector at center-of-mass energies $\sqrt{s} = 10.653, 10.701, 10.745$, and $10.805$~GeV, in the vicinity of the $Υ(10753)$ resonance. No significant signals are observed. Upper limits at the 90% credibility level are set on the products of the cross sections and branching fractions, $σ[e^+e^- \to π^+π^- Υ_2(1D)] \times \mathcal{B}[Υ_2(1D) \to γχ_{b1}]$ and $σ[e^+e^- \to π^+π^- Υ_3(1D)] \times \mathcal{B}[Υ_3(1D) \to γχ_{b2}]$, at each center-of-mass energy.
