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Title: Precise determination of the $$B_{\mathrm{s}}^0$$–$$\overline B_{\mathrm{s}}^0$$ oscillation frequency
Abstract Mesons comprising a beauty quark and strange quark can oscillate between particle ( $${B}_{\mathrm{s}}^{0}$$ B s 0 ) and antiparticle ( $${\overline{B}}_{\mathrm{s}}^{0}$$ B ¯ s 0 ) flavour eigenstates, with a frequency given by the mass difference between heavy and light mass eigenstates, Δ m s . Here we present a measurement of Δ m s using $${B}_{\mathrm{s}}^{0}\to {D}_{\mathrm{s}}^{-}$$ B s 0 → D s − π + decays produced in proton–proton collisions collected with the LHCb detector at the Large Hadron Collider. The oscillation frequency is found to be Δ m s  = 17.7683 ± 0.0051 ± 0.0032 ps −1 , where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. This measurement improves on the current Δ m s precision by a factor of two. We combine this result with previous LHCb measurements to determine Δ m s  = 17.7656 ± 0.0057 ps −1 , which is the legacy measurement of the original LHCb detector.  more » « less
Award ID(s):
1803004
PAR ID:
10343984
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Nature Physics
Volume:
18
Issue:
1
ISSN:
1745-2473
Page Range / eLocation ID:
1 to 5
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. null (Ed.)
    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. 
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  2. 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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  3. A bstract A search for the $$ {B}_{\mathrm{s}}^0 $$ B s 0 → D *± D ∓ decay is performed using proton-proton collision data at centre-of-mass energies of 7, 8 and 13 TeV collected by the LHCb experiment, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb − 1 . The decay is observed with a high significance and its branching fraction relative to the B 0 → D *± D ∓ decay is measured to be $$ \frac{\mathrm{\mathcal{B}}\left({B}_s^0\to {D}^{\ast \pm }{D}^{\mp}\right)}{\left({B}^0\to {D}^{\ast \pm }{D}^{\mp}\right)}=0.137\pm 0.017\pm 0.002\pm 0.006, $$ ℬ B s 0 → D ∗ ± D ∓ B 0 → D ∗ ± D ∓ = 0.137 ± 0.017 ± 0.002 ± 0.006 , where the first uncertainty is statistical, the second systematic and the third is due to the uncertainty on the ratio of the $$ {B}_{\mathrm{s}}^0 $$ B s 0 and B 0 hadronisation fractions. 
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  4. A bstract The Cabibbo-suppressed decay $$ {\Lambda}_{\mathrm{b}}^0 $$ Λ b 0 → χ c1 pπ − is observed for the first time using data from proton-proton collisions corresponding to an integrated luminosity of 6 fb − 1 , collected with the LHCb detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV. Evidence for the $$ {\Lambda}_{\mathrm{b}}^0 $$ Λ b 0 → χ c2 pπ − decay is also found. Using the $$ {\Lambda}_{\mathrm{b}}^0 $$ Λ b 0 → χ c1 pK − decay as normalisation channel, the ratios of branching fractions are measured to be $$ {\displaystyle \begin{array}{c}\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\uppi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\mathrm{K}}^{-}\right)}=\left(6.59\pm 1.01\pm 0.22\right)\times {10}^{-2},\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}2}{\mathrm{p}\uppi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\uppi}^{-}\right)}=0.95\pm 0.30\pm 0.04\pm 0.04,\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}2}{\mathrm{p}\mathrm{K}}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\mathrm{K}}^{-}\right)}=1.06\pm 0.05\pm 0.04\pm 0.04,\end{array}} $$ B Λ b 0 → χ c 1 pπ − B Λ b 0 → χ c 1 pK − = 6.59 ± 1.01 ± 0.22 × 10 − 2 , B Λ b 0 → χ c 2 pπ − B Λ b 0 → χ c 1 pπ − = 0.95 ± 0.30 ± 0.04 ± 0.04 , B Λ b 0 → χ c 2 pK − B Λ b 0 → χ c 1 pK − = 1.06 ± 0.05 ± 0.04 ± 0.04 , where the first uncertainty is statistical, the second is systematic and the third is due to the uncertainties in the branching fractions of χ c1 , 2 → J / ψγ decays. 
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  5. A<sc>bstract</sc> The effective lifetime of the$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 meson in the decay$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0\to \textrm{J}/{\uppsi \textrm{K}}_{\textrm{S}}^0 $$ B s 0 J / ψK S 0 is measured using data collected during 2016–2018 with the CMS detector in$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV proton-proton collisions at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 140 fb−1. The effective lifetime is determined by performing a two-dimensional unbinned maximum likelihood fit to the$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 meson invariant mass and proper decay time distributions. The resulting value of 1.59 ± 0.07(stat) ± 0.03(syst) ps is the most precise measurement to date and is in good agreement with the expected value. 
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