Abstract Conventional, hadronic matter consists of baryons and mesons made of three quarks and a quark–antiquark pair, respectively 1,2 . Here, we report the observation of a hadronic state containing four quarks in the Large Hadron Collider beauty experiment. This so-called tetraquark contains two charm quarks, a $$\overline{{{{{u}}}}}$$ u ¯ and a $$\overline{{{{{d}}}}}$$ d ¯ quark. This exotic state has a mass of approximately 3,875 MeV and manifests as a narrow peak in the mass spectrum of D 0 D 0 π + mesons just below the D *+ D 0 mass threshold. The near-threshold mass together with the narrow width reveals the resonance nature of the state.

A search for hidden-charm pentaquark states decaying to a range of ΣcD¯ and Λc+D¯ final states, as well as doubly charmed pentaquark states to ΣcD and Λc+D, is made using samples of proton-proton collision data corresponding to an integrated luminosity of 5.7  fb−1 recorded by the LHCb detector at s=13  TeV. Since no significant signals are found, upper limits are set on the pentaquark yields relative to that of the Λc+ baryon in the Λc+→pK−π+ decay mode. The known pentaquark states are also investigated, and their signal yields are found to be consistent with zero in all cases. © 2024 CERN, for the LHCb Collaboration 2024 CERN

The LHCb Collaboration measures production of the exotic hadron χc1(3872) in proton-nucleus collisions for the first time. Comparison with the charmonium state ψ(2S) suggests that the exotic χc1(3872) experiences different dynamics in the nuclear medium than conventional hadrons, and comparison with data from proton-proton collisions indicates that the presence of the nucleus may modify χc1(3872) production rates. This is the first measurement of the nuclear modification factor of an exotic hadron. © 2024 CERN, for the LHCb Collaboration 2024 CERN

A bstract Measurements of the branching fraction ratio $$ \mathcal{B}\left(\phi \to {\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)/\mathcal{B}\left(\phi \to {e}^{+}{e}^{-}\right) $$ B  ϕ →  μ +   μ −   / B  ϕ →  e +   e −   with $$ {D}_s^{+}\to {\pi}^{+}\phi $$ D s + →  π +  ϕ and D + → π + ϕ decays, denoted $$ {R}_{\phi \pi}^s $$ R ϕπ s and $$ {R}_{\phi \pi}^d $$ R ϕπ d , are presented. The analysis is performed using a dataset corresponding to an integrated luminosity of 5 . 4 fb − 1 of pp collision data collected with the LHCb experiment. The branching fractions are normalised with respect to the B + → K + J/ψ (→ e + e − ) and B + → K + J/ψ (→ μ + μ − ) decay modes. The combination of the results yields $$ {R}_{\phi \pi}=1.022\pm 0.012\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.048\left(\textrm{syst}\right). $$ R ϕπ = 1.022 ± 0.012  stat  ± 0.048  syst  . The result is compatible with previous measurements of the ϕ → ℓ + ℓ − branching fractions and predictions based on the Standard Model.

A bstract The $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D + D − Λ decay is observed for the first time using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 5 . 3 fb − 1 . Using the B 0 → $$ {D}^{+}{D}^{-}{K}_S^0 $$  D +   D −  K S 0 decay as a reference channel, the product of the relative production cross-section and decay branching fractions is measured to be $$ \mathcal{R}=\frac{\sigma_{\Lambda_b^0}}{\sigma_{B^0}}=\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}{D}^{-}\Lambda \right)}{\mathcal{B}\left({B}^0\to {D}^{+}{D}^{-}{K}_{\textrm{S}}^0\right)}=0.179\pm 0.022\pm 0.014, $$ R =  σ Λ b 0 σ  B 0   =  B  Λ b 0 →  D +   D −  Λ  B   B 0  →  D +   D −  K S 0   = 0.179 ± 0.022 ± 0.014 , where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. The known branching fraction of the reference channel, $$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {D}^{+}{D}^{-}{K}_{\textrm{S}}^0\right) $$ B   B 0  →  D +   D −  K S 0  , and the cross-section ratio, $$ {\sigma}_{\Lambda_b^0}/{\sigma}_{B^0} $$ σ Λ b 0 / σ  B 0  , previously measured by LHCb are used to derive the branching fraction of the $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D + D − Λ decay $$ \mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}{D}^{-}\Lambda \right)=\left(1.24\pm 0.15\pm 0.10\pm 0.28\pm 0.11\right)\times {10}^{-4}, $$ B  Λ b 0 →  D +   D −  Λ  =  1.24 ± 0.15 ± 0.10 ± 0.28 ± 0.11  ×  10 − 4  , where the third and fourth contributions are due to uncertainties of $$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {D}^{+}{D}^{-}{K}_{\textrm{S}}^0\right) $$ B   B 0  →  D +   D −  K S 0  and $$ {\sigma}_{\Lambda_b^0}/{\sigma}_{B^0} $$ σ Λ b 0 / σ  B 0  , respectively. Inspection of the D + Λ and D + D − invariant-mass distributions suggests a rich presence of intermediate resonances in the decay. The $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D *+ D − Λ decay is also observed for the first time as a partially reconstructed component in the D + D − Λ invariant mass spectrum.

Abstract A method is presented to reconstruct charged particles with lifetimes between $$10\,\text {ps} $$ 10  ps and $$10\,\text {ns},$$ 10  ns , which considers a combination of their decay products and the partial tracks created by the initial charged particle. Using the $${\varXi } ^- $$  Ξ -  baryon as a benchmark, the method is demonstrated with simulated events and proton-proton collision data at $$\sqrt{s} =13\,\text {TeV},$$  s  = 13  TeV , corresponding to an integrated luminosity of 2.0 $$\,\text {fb} ^{-1}$$   fb - 1  collected with the LHCb detector in 2018. Significant improvements in the angular resolution and the signal purity are obtained. The method is implemented as part of the LHCb Run 3 event trigger in a set of requirements to select detached hyperons. This is the first demonstration of the applicability of this approach at the LHC, and the first to show its scaling with instantaneous luminosity.

The production of prompt Ds+ and D+ mesons is measured by the LHCb experiment in proton-lead (pPb) collisions in both the forward (1.5<y*<4.0) and backward (−5.0<y*<−2.5) rapidity regions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of sNN=8.16  TeV. The nuclear modification factors of both Ds+ and D+ mesons are determined as a function of transverse momentum, pT, and rapidity. In addition, the Ds+ to D+ cross section ratio is measured as a function of the primary charged particle multiplicity in the event. An enhanced Ds+ to D+ production in high-multiplicity events is observed for the whole measured pT range, in particular at low pT and backward rapidity, where the significance exceeds six standard deviations. This constitutes the first observation of strangeness enhancement in charm quark hadronization in high-multiplicity pPb collisions. The results are also qualitatively consistent with the presence of quark coalescence as an additional charm quark hadronization mechanism in high-multiplicity proton-lead collisions. © 2024 CERN, for the LHCb Collaboration 2024 CERN

The four decays, Λb0→Σc(*)++D(*)−K−, are observed for the first time using proton-proton collision data collected with the LHCb detector at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 6  fb−1. By considering the Λb0→Λc+D¯0K− decay as reference channel, the following branching fraction ratios are measured to be B(Λb0→Σc++D−K−)B(Λb0→Λc+D¯0K−)=0.282±0.016±0.016±0.005, B(Λb0→Σc*++D−K−)B(Λb0→Σc++D−K−)=0.460±0.052±0.028, B(Λb0→Σc++D*−K−)B(Λb0→Σc++D−K−)=2.261±0.202±0.129±0.046, B(Λb0→Σc*++D*−K−)B(Λb0→Σc++D−K−)=0.896±0.137±0.066±0.018, where the first uncertainties are statistical, the second are systematic, and the third are due to uncertainties in the branching fractions of intermediate particle decays. These initial observations mark the beginning of pentaquark searches in these modes, with more datasets to become available following the LHCb upgrade. © 2024 CERN, for the LHCb Collaboration 2024 CERN

A bstract The decays of the B + meson to the final state $$ {D}^{\ast -}{D}_s^{+}{\pi}^{+} $$  D ∗ −  D s +  π +  are studied in proton-proton collision data collected with the LHCb detector at centre-of-mass energies of 7, 8, and 13 TeV, corresponding to a total integrated luminosity of 9 fb − 1 . The ratio of branching fractions of the $$ {B}^{+}\to {D}^{\ast -}{D}_s^{+}{\pi}^{+} $$  B +  →  D ∗ −  D s +  π +  and $$ {B}^0\to {D}^{\ast -}{D}_s^{+} $$  B 0  →  D ∗ −  D s + decays is measured to be 0 . 173 ± 0 . 006 ± 0 . 010, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. Using partially reconstructed $$ {D}_s^{\ast +}\to {D}_s^{+}\gamma $$ D s ∗ + → D s + γ and $$ {D}_s^{+}{\pi}^0 $$ D s +  π 0  decays, the ratio of branching fractions between the $$ {B}^{+}\to {D}^{\ast -}{D}_s^{\ast +}{\pi}^{+} $$  B +  →  D ∗ −  D s ∗ +  π +  and $$ {B}^{+}\to {D}^{\ast -}{D}_s^{+}{\pi}^{+} $$  B +  →  D ∗ −  D s +  π +  decays is determined as 1 . 31 ± 0 . 07 ± 0 . 14. An amplitude analysis of the $$ {B}^{+}\to {D}^{\ast -}{D}_s^{+}{\pi}^{+} $$  B +  →  D ∗ −  D s +  π +  decay is performed for the first time, revealing dominant contributions from known excited charm resonances decaying to the D * − π + final state. No significant evidence of exotic contributions in the $$ {D}_s^{+}{\pi}^{+} $$ D s +  π +  or $$ {D}^{\ast -}{D}_s^{+} $$  D ∗ −  D s + channels is found. The fit fraction of the scalar state $$ {T}_{c\overline{s}0}^{\ast }{(2900)}^{++} $$ T c s ¯ 0 ∗   2900  + +  observed in the $$ {B}^{+}\to {D}^{-}{D}_s^{+}{\pi}^{+} $$  B +  →  D −  D s +  π +  decay is determined to be less than 2.3% at a 90% confidence level.

A measurement of time-dependent CP violation in D0→π+π−π0 decays using a pp collision data sample collected by the LHCb experiment in 2012 and from 2015 to 2018, corresponding to an integrated luminosity of 7.7  fb−1, is presented. The initial flavor of each D0 candidate is determined from the charge of the pion produced in the D*(2010)+→D0π+ decay. The decay D0→K−π+π0 is used as a control channel to validate the measurement procedure. The gradient of the time-dependent CP asymmetry ΔY in D0→π+π−π0 decays is measured to be ΔY=(−1.3±6.3±2.4)×10−4, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic, which is compatible with CP conservation. © 2024 CERN, for the LHCb Collaboration 2024 CERN