Physicists detect rare particle decay that could reveal physics beyond current models

Using a data sample of <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <a:mo stretchy="false">(</a:mo> <a:mn>2.712</a:mn> <a:mo>±</a:mo> <a:mn>0.014</a:mn> <a:mo stretchy="false">)</a:mo> <a:mo>×</a:mo> <a:msup> <a:mn>10</a:mn> <a:mn>9</a:mn> </a:msup> <a:mtext> </a:mtext> <a:mtext> </a:mtext> <a:mi>ψ</a:mi> <a:mo stretchy="false">(</a:mo> <a:mn>3686</a:mn> <a:mo stretchy="false">)</a:mo> </a:math> events collected at <g:math xmlns:g="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <g:msqrt> <g:mi>s</g:mi> </g:msqrt> <g:mo>=</g:mo> <g:mn>3.686</g:mn> <g:mtext> </g:mtext> <g:mtext> </g:mtext> <g:mi>GeV</g:mi> </g:math> by the BESIII detector, we search for the rare electromagnetic Dalitz decays <i:math xmlns:i="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <i:msub> <i:mi>χ</i:mi> <i:mrow> <i:mi>c</i:mi> <i:mi>J</i:mi> </i:mrow> </i:msub> <i:mo stretchy="false">→</i:mo> <i:msup> <i:mi>e</i:mi> <i:mo>+</i:mo> </i:msup> <i:msup> <i:mi>e</i:mi> <i:mo>−</i:mo> </i:msup> <i:mi>ϕ</i:mi> <i:mo stretchy="false">(</i:mo> <i:mi>J</i:mi> <i:mo>=</i:mo> <i:mn>0</i:mn> <i:mo>,</i:mo> <i:mn>1</i:mn> <i:mo>,</i:mo> <i:mn>2</i:mn> <i:mo stretchy="false">)</i:mo> </i:math> via the radiative transitions <n:math xmlns:n="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <n:mi>ψ</n:mi> <n:mo stretchy="false">(</n:mo> <n:mn>3686</n:mn> <n:mo stretchy="false">)</n:mo> <n:mo stretchy="false">→</n:mo> <n:mi>γ</n:mi> <n:msub> <n:mi>χ</n:mi> <n:mrow> <n:mi>c</n:mi> <n:mi>J</n:mi> </n:mrow> </n:msub> </n:math> . No statistically significant <s:math xmlns:s="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <s:msub> <s:mi>χ</s:mi> <s:mrow> <s:mi>c</s:mi> <s:mi>J</s:mi> </s:mrow> </s:msub> <s:mo stretchy="false">→</s:mo> <s:msup> <s:mi>e</s:mi> <s:mo>+</s:mo> </s:msup> <s:msup> <s:mi>e</s:mi> <s:mo>−</s:mo> </s:msup> <s:mi>ϕ</s:mi> </s:math> signals are observed. The upper limits on the branching fractions of <v:math xmlns:v="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <v:mrow> <v:msub> <v:mrow> <v:mi>χ</v:mi> </v:mrow> <v:mrow> <v:mi>c</v:mi> <v:mi>J</v:mi> </v:mrow> </v:msub> <v:mo stretchy="false">→</v:mo> <v:msup> <v:mrow> <v:mi>e</v:mi> </v:mrow> <v:mrow> <v:mo>+</v:mo> </v:mrow> </v:msup> <v:msup> <v:mrow> <v:mi>e</v:mi> </v:mrow> <v:mrow> <v:mo>−</v:mo> </v:mrow> </v:msup> <v:mi>ϕ</v:mi> <v:mtext> </v:mtext> <v:mo stretchy="false">(</v:mo> <v:mi>J</v:mi> <v:mo>=</v:mo> <v:mn>0</v:mn> <v:mo>,</v:mo> <v:mn>1</v:mn> <v:mo>,</v:mo> <v:mn>2</v:mn> <v:mo stretchy="false">)</v:mo> </v:mrow> </v:math> , excluding the <ab:math xmlns:ab="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <ab:mi>ϕ</ab:mi> </ab:math> resonance to <cb:math xmlns:cb="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <cb:msup> <cb:mi>e</cb:mi> <cb:mo>+</cb:mo> </cb:msup> <cb:msup> <cb:mi>e</cb:mi> <cb:mo>−</cb:mo> </cb:msup> </cb:math> final states, are set to be <eb:math xmlns:eb="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <eb:mn>2.4</eb:mn> <eb:mo>×</eb:mo> <eb:msup> <eb:mn>10</eb:mn> <eb:mrow> <eb:mo>−</eb:mo> <eb:mn>7</eb:mn> </eb:mrow> </eb:msup> <eb:mo>,</eb:mo> <eb:mn>6.7</eb:mn> <eb:mo>×</eb:mo> <eb:msup> <eb:mn>10</eb:mn> <eb:mrow> <eb:mo>−</eb:mo> <eb:mn>7</eb:mn> </eb:mrow> </eb:msup> </eb:math> , and <gb:math xmlns:gb="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <gb:mn>4.1</gb:mn> <gb:mo>×</gb:mo> <gb:msup> <gb:mn>10</gb:mn> <gb:mrow> <gb:mo>−</gb:mo> <gb:mn>7</gb:mn> </gb:mrow> </gb:msup> </gb:math> at the 90% confidence level, respectively. This is the first search for the electromagnetic Dalitz transition of P-wave charmonium <ib:math xmlns:ib="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <ib:msub> <ib:mi>χ</ib:mi> <ib:mrow> <ib:mi>c</ib:mi> <ib:mi>J</ib:mi> </ib:mrow> </ib:msub> </ib:math> states to a light vector meson.