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Title: Measurement of the CP-violating phase $$\phi _s$$ in $$ B_{s}^{0} \rightarrow J/\psi \phi $$ decays in ATLAS at 13 TeV
Abstract A measurement of the $$ B_{s}^{0} \rightarrow J/\psi \phi $$ B s 0 → J / ψ ϕ decay parameters using $$ 80.5\, \mathrm {fb^{-1}} $$ 80.5 fb - 1 of integrated luminosity collected with the ATLAS detector from 13  $$\text {Te}\text {V}$$ Te proton–proton collisions at the LHC is presented. The measured parameters include the CP -violating phase $$\phi _{s} $$ ϕ s , the width difference $$ \Delta \Gamma _{s}$$ Δ Γ s between the $$B_{s}^{0}$$ B s 0 meson mass eigenstates and the average decay width $$ \Gamma _{s}$$ Γ s . The values measured for the physical parameters are combined with those from $$ 19.2\, \mathrm {fb^{-1}} $$ 19.2 fb - 1 of 7 and 8  $$\text {Te}\text {V}$$ Te data, leading to the following: $$\begin{aligned} \phi _{s}= & {} -0.087 \pm 0.036 ~\mathrm {(stat.)} \pm 0.021 ~\mathrm {(syst.)~rad} \\ \Delta \Gamma _{s}= & {} 0.0657 \pm 0.0043 ~\mathrm {(stat.)}\pm 0.0037 ~\mathrm {(syst.)~ps}^{-1} \\ \Gamma _{s}= & {} 0.6703 \pm 0.0014 ~\mathrm {(stat.)}\pm 0.0018 ~\mathrm {(syst.)~ps}^{-1} \end{aligned}$$ ϕ s = - 0.087 ± 0.036 ( stat . ) ± 0.021 ( syst . ) rad Δ Γ s = 0.0657 ± 0.0043 ( stat . ) ± 0.0037 ( syst . ) ps - 1 Γ s = 0.6703 ± 0.0014 ( stat . ) ± 0.0018 ( syst . ) ps - 1 Results for $$\phi _{s} $$ ϕ s and $$ \Delta \Gamma _{s}$$ Δ Γ s are also presented as 68% confidence level contours in the $$\phi _{s} $$ ϕ s – $$ \Delta \Gamma _{s}$$ Δ Γ s plane. Furthermore the transversity amplitudes and corresponding strong phases are measured. $$\phi _{s} $$ ϕ s and $$ \Delta \Gamma _{s}$$ Δ Γ s measurements are in agreement with the Standard Model predictions.  more » « less
Award ID(s):
1906674
NSF-PAR ID:
10225549
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
81
Issue:
4
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract A flavour-tagged time-dependent angular analysis of $${{B} ^0_{s}} \!\rightarrow {{J /\psi }} \phi $$ B s 0 → J / ψ ϕ decays is presented where the $${J /\psi }$$ J / ψ meson is reconstructed through its decay to an $$e ^+e ^-$$ e + e - pair. The analysis uses a sample of pp collision data recorded with the LHCb experiment at centre-of-mass energies of 7 and $$8\text {\,Te V} $$ 8 \,Te V , corresponding to an integrated luminosity of $$3 \text {\,fb} ^{-1} $$ 3 \,fb - 1 . The $$C\!P$$ C P -violating phase and lifetime parameters of the $${B} ^0_{s} $$ B s 0 system are measured to be $${\phi _{{s}}} =0.00\pm 0.28\pm 0.07\text {\,rad}$$ ϕ s = 0.00 ± 0.28 ± 0.07 \,rad , $${\Delta \Gamma _{{s}}} =0.115\pm 0.045\pm 0.011\text {\,ps} ^{-1} $$ Δ Γ s = 0.115 ± 0.045 ± 0.011 \,ps - 1 and $${\Gamma _{{s}}} =0.608\pm 0.018\pm 0.012\text {\,ps} ^{-1} $$ Γ s = 0.608 ± 0.018 ± 0.012 \,ps - 1 where the first uncertainty is statistical and the second systematic. This is the first time that $$C\!P$$ C P -violating parameters are measured in the $${{B} ^0_{s}} \!\rightarrow {{J /\psi }} \phi $$ B s 0 → J / ψ ϕ decay with an $$e ^+e ^-$$ e + e - pair in the final state. The results are consistent with previous measurements in other channels and with the Standard Model predictions. 
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  2. null (Ed.)
    Abstract The production of Z boson pairs in proton–proton ( $${\mathrm{p}} {\mathrm{p}} $$ p p ) collisions, $${{\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow ({\mathrm{Z}}/\gamma ^*)({\mathrm{Z}}/\gamma ^*) \rightarrow 2\ell 2\ell '}$$ p p → ( Z / γ ∗ ) ( Z / γ ∗ ) → 2 ℓ 2 ℓ ′ , where $${\ell ,\ell ' = {\mathrm{e}}}$$ ℓ , ℓ ′ = e or $${{\upmu }}$$ μ , is studied at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {TeV}$$ TeV with the CMS detector at the CERN LHC. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , collected during 2016–2018. The $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z production cross section, $$\sigma _{\text {tot}} ({\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} ) = 17.4 \pm 0.3 \,\text {(stat)} \pm 0.5 \,\text {(syst)} \pm 0.4 \,\text {(theo)} \pm 0.3 \,\text {(lumi)} \text { pb} $$ σ tot ( p p → Z Z ) = 17.4 ± 0.3 (stat) ± 0.5 (syst) ± 0.4 (theo) ± 0.3 (lumi) pb , measured for events with two pairs of opposite-sign, same-flavor leptons produced in the mass region $${60< m_{\ell ^+\ell ^-} < 120\,\text {GeV}}$$ 60 < m ℓ + ℓ - < 120 GeV is consistent with standard model predictions. Differential cross sections are also measured and agree with theoretical predictions. The invariant mass distribution of the four-lepton system is used to set limits on anomalous $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z Z and $${{\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} \gamma }$$ Z Z γ couplings. 
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  3. Abstract Using a data sample of $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$ s = 13 TeV proton-proton collisions collected by the CMS experiment at the LHC in 2017 and 2018 with an integrated luminosity of $$103\text {~fb}^{-1}$$ 103 fb - 1 , the $$\text {B}^{0}_{\mathrm{s}} \rightarrow \uppsi (\text {2S})\text {K}_\mathrm{S}^{0}$$ B s 0 → ψ ( 2S ) K S 0 and $$\text {B}^{0} \rightarrow \uppsi (\text {2S})\text {K}_\mathrm{S}^{0} \uppi ^+\uppi ^-$$ B 0 → ψ ( 2S ) K S 0 π + π - decays are observed with significances exceeding 5 standard deviations. The resulting branching fraction ratios, measured for the first time, correspond to $${\mathcal {B}}(\text {B}^{0}_{\mathrm{s}} \rightarrow \uppsi (\text {2S})K_\mathrm{S}^{0})/{\mathcal {B}}(\text {B}^{0}\rightarrow \uppsi (\text {2S})K_\mathrm{S}^{0}) = (3.33 \pm 0.69 (\text {stat})\, \pm 0.11\,(\text {syst}) \pm 0.34\,(f_{\mathrm{s}}/f_{\mathrm{d}})) \times 10^{-2}$$ B ( B s 0 → ψ ( 2S ) K S 0 ) / B ( B 0 → ψ ( 2S ) K S 0 ) = ( 3.33 ± 0.69 ( stat ) ± 0.11 ( syst ) ± 0.34 ( f s / f d ) ) × 10 - 2 and $${\mathcal {B}}(\text {B}^{0} \rightarrow \uppsi (\text {2S})\text {K}_\mathrm{S}^{0} \uppi ^{+} \uppi ^{-})/ {\mathcal {B}}(\text {B}^{0} \rightarrow \uppsi (\text {2S})\text {K}^{0}_{\mathrm{S}}) = 0.480 \pm 0.013\,(\text {stat}) \pm 0.032\,(\text {syst})$$ B ( B 0 → ψ ( 2S ) K S 0 π + π - ) / B ( B 0 → ψ ( 2S ) K S 0 ) = 0.480 ± 0.013 ( stat ) ± 0.032 ( syst ) , where the last uncertainty in the first ratio is related to the uncertainty in the ratio of production cross sections of $$\hbox {B}^{0}_{\mathrm{s}}$$ B s 0 and $$\hbox {B}^{0}$$ B 0 mesons, $$f_{\mathrm{s}}/f_{\mathrm{d}}$$ f s / f d . 
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  4. A bstract We measure the branching fractions and CP asymmetries for the singly Cabibbo-suppressed decays D 0 → π + π − η , D 0 → K + K − η , and D 0 → ϕη , using 980 fb − 1 of data from the Belle experiment at the KEKB e + e − collider. We obtain $$ {\displaystyle \begin{array}{c}\mathcal{B}\left({D}^0\to {\pi}^{+}{\pi}^{-}\eta \right)=\left[1.22\pm 0.02\left(\mathrm{stat}\right)\pm 0.02\left(\mathrm{syst}\right)\pm 0.03\left({\mathcal{B}}_{\mathrm{ref}}\right)\right]\times {10}^{-3},\\ {}\mathcal{B}\left({D}^0\to {K}^{+}{K}^{-}\eta \right)=\left[{1.80}_{-0.06}^{+0.07}\left(\mathrm{stat}\right)\pm 0.04\left(\mathrm{syst}\right)\pm 0.05\left({\mathcal{B}}_{\mathrm{ref}}\right)\right]\times {10}^{-4},\\ {}\mathcal{B}\left({D}^0\to \phi \eta \right)=\left[1.84\pm 0.09\left(\mathrm{stat}\right)\pm 0.06\left(\mathrm{syst}\right)\pm 0.05\left({\mathcal{B}}_{\mathrm{ref}}\right)\right]\times {10}^{-4},\end{array}} $$ B D 0 → π + π − η = 1.22 ± 0.02 stat ± 0.02 syst ± 0.03 B ref × 10 − 3 , B D 0 → K + K − η = 1.80 − 0.06 + 0.07 stat ± 0.04 syst ± 0.05 B ref × 10 − 4 , B D 0 → ϕη = 1.84 ± 0.09 stat ± 0.06 syst ± 0.05 B ref × 10 − 4 , where the third uncertainty ( $$ \mathcal{B} $$ B ref ) is from the uncertainty in the branching fraction of the reference mode D 0 → K − π + η . The color-suppressed decay D 0 → ϕη is observed for the first time, with very high significance. The results for the CP asymmetries are $$ {\displaystyle \begin{array}{c}{A}_{CP}\left({D}^0\ {\pi}^{+}{\pi}^{-}\eta \right)=\left[0.9\pm 1.2\left(\mathrm{stat}\right)\pm 0.5\left(\mathrm{syst}\right)\right]\%,\\ {}{A}_{CP}\left({D}^0\to {K}^{+}{K}^{-}\eta \right)=\left[-1.4\pm 3.3\left(\mathrm{stat}\right)\pm 1.1\left(\mathrm{syst}\right)\right]\%,\\ {} ACP\ \left({D}^0\to \phi \eta \right)=\left[-1.9\pm 4.4\left(\mathrm{stat}\right)\pm 0.6\left(\mathrm{syst}\right)\right]\%.\end{array}} $$ A CP D 0 π + π − η = 0.9 ± 1.2 stat ± 0.5 syst % , A CP D 0 → K + K − η = − 1.4 ± 3.3 stat ± 1.1 syst % , ACP D 0 → ϕη = − 1.9 ± 4.4 stat ± 0.6 syst % . The results for D 0 → π + π − η are a significant improvement over previous results. The branching fraction and A CP results for D 0 → K + K − η , and the ACP result for D 0 → ϕη , are the first such measurements. No evidence for CP violation is found in any of these decays. 
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  5. null (Ed.)
    Abstract Production cross sections of the Higgs boson are measured in the $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} \rightarrow 4\ell $$ H → Z Z → 4 ℓ ( $$\ell ={\mathrm{e}},{{{\upmu }}_{\mathrm{}}^{\mathrm{}}} $$ ℓ = e , μ ) decay channel. A data sample of proton–proton collisions at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {Te}\text {V}$$ Te , collected by the CMS detector at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 is used. The signal strength modifier $$\mu $$ μ , defined as the ratio of the Higgs boson production rate in the $$4\ell $$ 4 ℓ channel to the standard model (SM) expectation, is measured to be $$\mu =0.94 \pm 0.07 \,\text {(stat)} ^{+0.09}_{-0.08} \,\text {(syst)} $$ μ = 0.94 ± 0.07 (stat) - 0.08 + 0.09 (syst) at a fixed value of $$m_{{\mathrm{H}}} = 125.38\,\text {Ge}\text {V} $$ m H = 125.38 Ge . The signal strength modifiers for the individual Higgs boson production modes are also reported. The inclusive fiducial cross section for the $${\mathrm{H}} \rightarrow 4\ell $$ H → 4 ℓ process is measured to be $$2.84^{+0.23}_{-0.22} \,\text {(stat)} ^{+0.26}_{-0.21} \,\text {(syst)} \,\text {fb} $$ 2 . 84 - 0.22 + 0.23 (stat) - 0.21 + 0.26 (syst) fb , which is compatible with the SM prediction of $$2.84 \pm 0.15 \,\text {fb} $$ 2.84 ± 0.15 fb for the same fiducial region. Differential cross sections as a function of the transverse momentum and rapidity of the Higgs boson, the number of associated jets, and the transverse momentum of the leading associated jet are measured. A new set of cross section measurements in mutually exclusive categories targeted to identify production mechanisms and kinematical features of the events is presented. The results are in agreement with the SM predictions. 
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