First determination of the spin and parity of the charmed-strange baryon Ξc(2970)⁺

Moon, T.  J.; Tanida, K.; Kato, Y.; Kim, S.  K.; Adachi, I.; Ahn, J.  K.; Aihara, H.; Al Said, S.; Asner, D.  M.; Aulchenko, V.; Aushev, T.; Ayad, R.; Babu, V.; Bahinipati, S.; Behera, P.; Beleño, C.; Bennett, J.; Bessner, M.; Bhuyan, B.; Bilka, T.; Biswal, J.; Bonvicini, G.; Bozek, A.; Bračko, M.; Browder, T.  E.; Campajola, M.; Cao, L.; Červenkov, D.; Chang, M. -C.; Chang, P.; Chen, A.; Cheon, B.  G.; Chilikin, K.; Cho, K.; Choi, S. -K.; Choi, Y.; Choudhury, S.; Cinabro, D.; Cunliffe, S.; Dash, N.; De Nardo, G.; Di Capua, F.; Doležal, Z.; Dong, T.  V.; Dossett, D.; Dubey, S.; Eidelman, S.; Epifanov, D.; Ferber, T.; Fulsom, B.  G.; Garg, R.; Gaur, V.; Gabyshev, N.; Garmash, A.; Giri, A.; Goldenzweig, P.; Golob, B.; Hadjivasiliou, C.; Hartbrich, O.; Hayasaka, K.; Hayashii, H.; Hedges, M.  T.; Hou, W. -S.; Hsu, C. -L.; Inami, K.; Inguglia, G.; Ishikawa, A.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Iwasaki, Y.; Jacobs, W.  W.; Jia, S.; Jin, Y.; Joo, K.  K.; Kang, K.  H.; Karyan, G.; Kawasaki, T.; Kichimi, H.; Kiesling, C.; Kim, B.  H.; Kim, D.  Y.; Kim, K.  T.; Kim, S.  H.; Kim, Y.  J.; Kim, Y. -K.; Kimmel, T.  D.; Kinoshita, K.; Kodyš, P.; Korpar, S.; Kotchetkov, D.; Križan, P.; Kroeger, R.; Krokovny, P.; Kuhr, T.; Kumar, R.; Kumara, K.; Kuzmin, A.; Kwon, Y. -J.; Lee, I.  S.; Lee, J.  Y.; Lee, S.  C.; L.  K., Li; Y.  B., Li; Li Gioi, L.; Libby, J.; Liptak, Z.; Liventsev, D.; Luo, T.; Macqueen, C.; Masuda, M.; Matsuda, T.; Matvienko, D.; Merola, M.; Miyabayashi, K.; Miyata, H.; Mizuk, R.; Mohanty, G.  B.; Mohanty, S.; Mori, T.; Mussa, R.; Nakano, T.; Nakao, M.; Natkaniec, Z.; Natochii, A.; Nayak, M.; Niiyama, M.; Nisar, N.  K.; Nishida, S.; Ogawa, K.; Ogawa, S.; Ono, H.; Pakhlov, P.; Pakhlova, G.; Pardi, S.; Park, H.; Park, S. -H.; Patra, S.; Paul, S.; Pedlar, T.  K.; Pestotnik, R.; Piilonen, L.  E.; Podobnik, T.; Popov, V.; Prencipe, E.; Prim, M.  T.; Ritter, M.; Rout, N.; Russo, G.; Sahoo, D.; Sakai, Y.; Sandilya, S.; Sangal, A.; Santelj, L.; Savinov, V.; Schnell, G.; Schueler, J.; Schwanda, C.; Seidl, R.; Seino, Y.; Senyo, K.; Sevior, M.  E.; Shapkin, M.; Shen, C.  P.; Shiu, J. -G.; Shwartz, B.; Solovieva, E.; Starič, M.; Stottler, Z.  S.; Sumihama, M.; Sumisawa, K.; Sumiyoshi, T.; Sutcliffe, W.; Takizawa, M.; Tamponi, U.; Tenchini, F.; Trabelsi, K.; Uchida, M.; Uehara, S.; Uglov, T.; Unno, Y.; Uno, S.; Urquijo, P.; Vahsen, S.  E.; Van Tonder, R.; Varner, G.; Vinokurova, A.; Vorobyev, V.; Vossen, A.; Wang, C.  H.; Wang, E.; Wang, M. -Z.; Wang, P.; Wehle, S.; Wiechczynski, J.; Xu, X.; Yabsley, B.  D.; Yang, S.  B.; Ye, H.; Yelton, J.; Yin, J.  H.; Yuan, C.  Z.; Zhang, Z.  P.; Zhilich, V.; Zhukova, V.; Zhulanov, V.

doi:10.1103/PhysRevD.103.L111101

We report results from a study of the spin and parity of Ξc(2970)+ using a 980 fb−1 data sample collected by the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e+e− collider. The decay angle distributions in the chain Ξc(2970)+→Ξc(2645)0π+→Ξ+cπ−π+ are analyzed to determine the spin of this charmed-strange baryon. The angular distributions strongly favor the Ξc(2970)+ spin J=1/2 over 3/2 or 5/2, under an assumption that the lowest partial wave dominates in the decay. We also measure the ratio of Ξc(2970)+ decay branching fractions R=B[Ξc(2970)+→Ξc(2645)0π+]/B[Ξc(2970)+→Ξ′0cπ+]=1.67±0.29(stat.)(+0.15/−0.09)(syst.)±0.25(IS), where the last uncertainty is due to possible isospin-symmetry-breaking effects. This R value favors the spin-parity JP=1/2+ with the spin of the light-quark degrees of freedom sl=0. This is the first determination of the spin and parity of a charmed-strange baryon.