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Journal Article PUBDB-2025-05761
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Determination of the spin and parity of all-charm tetraquarks

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2025
Nature Publ. Group London [u.a.]

Nature 648(8092), 58 - 63 () [10.1038/s41586-025-09711-7]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2025-118; CMS-BPH-24-002; arXiv:2506.07944

Abstract: The traditional quark model$^{1,2}$ accounts for the existence of baryons, such as protons and neutrons, which consist of three quarks, as well as mesons, composed of a quark–antiquark pair. Only recently has substantial evidence started to accumulate for exotic states composed of four or five quarks and antiquarks$^{3}$. The exact nature of their internal structure remains uncertain$^{4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28–29}$. Here we report the first measurement of quantum numbers of the recently discovered family of three all-charm tetraquarks$^{30, 31–32}$, using data collected by the CMS experiment at the Large Hadron Collider from 2016 to 2018 (refs. $^{33,34}$). The angular analysis techniques developed for the discovery and characterization of the Higgs boson$^{35, 36–37}$ have been applied to the new exotic states. Here we show that the quantum numbers for parity P and charge conjugation C symmetries are found to be +1. The spin J of these exotic states is determined to be consistent with 2ħ, while 0ħ and 1ħ are excluded at 95% and 99% confidence levels, respectively. The J$^{PC}$ = 2$^{++}$ assignment implies particular configurations of constituent spins and orbital angular momenta, which constrain the possible internal structure of these tetraquarks.

Classification:
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  3. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS
Database coverage:
Medline ; BIOSIS Previews ; Biological Abstracts ; Chemical Reactions ; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Agriculture, Biology and Environmental Sciences ; Current Contents - Life Sciences ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; DEAL Nature ; Ebsco Academic Search ; Essential Science Indicators ; IF >= 60 ; Index Chemicus ; JCR ; SCOPUS ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection ; Zoological Record
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