A bstract Using proton-proton collision data, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb −1 , collected with the LHCb detector between 2011 and 2018, a new narrow charmonium state, the X(3842) resonance, is observed in the decay modes $$ \mathrm{X}(3842)\to {D}^0{\overline{D}}^0 $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mfenced><mml:mn>3842</mml:mn></mml:mfenced><mml:mo>→</mml:mo><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mover><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:math> and X(3842) → D + D − . The mass and the natural width of this state are measured to be $$ \begin{array}{l}{m}_{X(3842)}=3842.71\pm 0.16\pm 0.12\ MeV/{c}^2,\hfill \\ {}{\varGamma}_{X(3842)}=2.79\pm 0.51\pm 0.35\ MeV,\hfill \end{array} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mfenced><mml:mn>3842</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3842.71</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.16</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.12</mml:mn><mml:mspace/><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mfenced><mml:mn>3842</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.79</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.51</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.35</mml:mn><mml:mspace/><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mtext>,</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math> where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. The observed mass and narrow natural width suggest the interpretation of the new state as the unobserved (spin-3 ψ 3 1 3 D 3 ) charmonium state. In addition, prompt hadroproduction of the ψ (3770) and χ 2 (3930) states is observed for the first time, and the parameters of these states are measured to be $$ \begin{array}{l}{m}_{\psi (3770)}=3778.1\pm 0.7\pm 0.6\ MeV/{c}^2,\hfill \\ {}{m}_{\chi_2(3930)}=3921.9\pm 0.6\pm 0.2\ MeV/{c}^2,\hfill \\ {}{\varGamma}_{\chi_2(3930)}=36.6 \pm 1.9 \pm 0.9\ MeV,\hfill \end{array} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mfenced><mml:mn>3770</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3778.1</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.7</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.6</mml:mn><mml:mspace/><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3930</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3921.9</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.6</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mspace/><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mn>3930</mml:mn></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>36.6</mml:mn><mml:mspace/><mml:mo>±</mml:mo><mml:mspace/><mml:mn>1.9</mml:mn><mml:mspace/><mml:mo>±</mml:mo><mml:mspace/><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mspace/><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mtext>,</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math> where the first uncertainty is statistical and the second is systematic.