Study of the e+e− → π+π−ψ(2S) reaction at centre-of-mass energies above 4.600 GeV and search for the charged Zc(4430) exotic state at BESIII

Utilizzando sei campioni di dati con una luminosità integrata totale di ~5 fb−1 raccolti dal rivelatore BESIII, si è studiato il processo e+e− → π+π−ψ(2S) a energie del centro di massa comprese tra 4.6121 GeV e 4.6984 GeV. La sezione d’urto della reazione e+e− → π+π−ψ(2S) è in accordo con i risultati della letteratura confermando un aumento intorno a 4.660 GeV, identificato come lo stato Y(4660). Ciò rappresenta una misura indipendente dei precedenti risultati di BESIII, rafforzandone l’osservazione. Il processo e+e− → π+π−ψ(2S) è quindi analizzato tramite la massa invariante π+π− studiando l’interazione e+e− → f0(980)ψ(2S). Il contributo del processo e+e− → f0(980)ψ(2S) viene misurato per la prima volta. Nella sezione d’urto e+e− → f0(980)ψ(2S) non si riconoscono strutture particolari e l’incertezza statistica impedisce qualsiasi conclusione. I risultati pongono un vincolo sulla produzione dello stato Y(4660) all’interno del processo e+e− → π+π−ψ(2S), poiché è evidente che il contributo del mesone f0(980) domina largamente la sezione d’urto totale. Per investigare ulteriormente la natura della risonanza Y(4660) tramite il processo e+e− → f0(980)ψ(2S) è necessario raccogliere una quantità maggiore di dati. Infine, la ricerca dello stato esotico Zc(4430)± → π±ψ(2S) non ha prodotto alcun segnale significativo; viene posto, quindi, un limite bayesiano al livello di confidenza del 90% sul processo e+e− → π±Zc(4430)∓, che permette di stimare il rapporto di produzione R = σ(e+e− → π±Zc(4430)∓ → π+π−ψ(2S))/σ(e+e− → π+π−ψ(2S)) < 1.1% .

Using six data samples with a total integrated luminosity of ∼5 fb−1 collected by the BESIII detector, the e+e− → π+π−ψ(2S) process is studied at centre-of-mass energies ranging from 4.6121 GeV to 4.6984 GeV. The measured cross-section of the e+e− → π+π−ψ(2S) reaction is consistent with published results and an enhancement can be seen around the 4.660 GeV, identified as the Y(4660) state. This represents an independent analysis of the previous BESIII results, fortifying the observation. The e+e− → π+π−ψ(2S) process is then studied via the π+π− invariant mass to search for the e+e− → f0(980)ψ(2S) interaction. The contribution of the e+e− → f0(980)ψ(2S) process is found for the first time and its cross-section is measured. In the e+e− → f0(980)ψ(2S) cross-section no particular structures can be recognised as the statistical uncertainty prevents any conclusion. The result poses a constraint on the Y (4660) state contribution to the e+e− → π+π−ψ(2S) cross-section since it is evident that the f0(980) contribution largely dominates the total production cross-section. More data is needed to see whether the Y(4660) resonance also appears in e+e− → f0(980)ψ(2S) data to further investigate its nature. Finally, a search for the Zc(4430)± exotic state is performed studying the π±ψ(2S) invariant mass, but no significant signal is found; a Bayesian upper limit at the 90% confidence level is set on the e+e− → π±Zc(4430)∓ process, leading to a production ratio R = σ(e+e− → π±Zc(4430)∓ → π+π−ψ(2S))/σ(e+e− → π+π−ψ(2S)) < 1.1%.