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Title: Angular analysis of $$ {B}^0\to {D}^{\ast -}{D}_s^{\ast +} $$ with $$ {D}_s^{\ast +}\to {D}_s^{+}\gamma $$ decays
A bstract The first full angular analysis of the $$ {B}^0\to {D}^{\ast -}{D}_s^{\ast +} $$ B 0 → D ∗ − D s ∗ + decay is performed using 6 fb − 1 of pp collision data collected with the LHCb experiment at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The $$ {D}_s^{\ast +}\to {D}_s^{+}\gamma $$ D s ∗ + → D s + γ and D * − → $$ {\overline{D}}^0{\pi}^{-} $$ D ¯ 0 π − vector meson decays are used with the subsequent $$ {D}_s^{+} $$ D s + → K + K − π + and $$ {\overline{D}}^0 $$ D ¯ 0 → K + π − decays. All helicity amplitudes and phases are measured, and the longitudinal polarisation fraction is determined to be f L = 0 . 578 ± 0 . 010 ± 0 . 011 with world-best precision, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. The pattern of helicity amplitude magnitudes is found to align with expectations from quark-helicity conservation in B decays. The ratio of branching fractions [ℬ( $$ {B}^0\to {D}^{\ast -}{D}_s^{\ast +} $$ B 0 → D ∗ − D s ∗ + ) × ℬ( $$ {D}_s^{\ast +}\to {D}_s^{+}\gamma $$ D s ∗ + → D s + γ )] / ℬ( B 0 → D * − $$ {D}_s^{+} $$ D s + ) is measured to be 2 . 045 ± 0 . 022 ± 0 . 071 with world-best precision. In addition, the first observation of the Cabibbo-suppressed B s → D * − $$ {D}_s^{+} $$ D s + decay is made with a significance of seven standard deviations. The branching fraction ratio ℬ( B s → D * − $$ {D}_s^{+} $$ D s + ) / ℬ( B 0 → D * − $$ {D}_s^{+} $$ D s + ) is measured to be 0 . 049 ± 0 . 006 ± 0 . 003 ± 0 . 002, where the third uncertainty is due to limited knowledge of the ratio of fragmentation fractions.  more » « less
Award ID(s):
2102879
PAR ID:
10349060
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
6
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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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  2. Abstract We present measurements of the branching fractions of eight$$ {\overline{B}}^0 $$ B ¯ 0 →D(*)+K$$ {K}_{(S)}^{\left(\ast \right)0} $$ K S 0 ,B→D(*)0K$$ {K}_{(S)}^{\left(\ast \right)0} $$ K S 0 decay channels. The results are based on data from SuperKEKB electron-positron collisions at the Υ(4S) resonance collected with the Belle II detector, corresponding to an integrated luminosity of 362 fb−1. The event yields are extracted from fits to the distributions of the difference between expected and observedBmeson energy, and are efficiency-corrected as a function ofm(K$$ {K}_{(S)}^{\left(\ast \right)0} $$ K S 0 ) andm(D(*)$$ {K}_{(S)}^{\left(\ast \right)0} $$ K S 0 ) in order to avoid dependence on the decay model. These results include the first observation of$$ {\overline{B}}^0 $$ B ¯ 0 →D+K$$ {K}_S^0 $$ K S 0 ,B→D*0K$$ {K}_S^0 $$ K S 0 , and$$ {\overline{B}}^0 $$ B ¯ 0 →D*+K$$ {K}_S^0 $$ K S 0 decays and a significant improvement in the precision of the other channels compared to previous measurements. The helicity-angle distributions and the invariant mass distributions of theK$$ {K}_{(S)}^{\left(\ast \right)0} $$ K S 0 systems are compatible with quasi-two-body decays via a resonant transition with spin-parityJP= 1for theK$$ {K}_S^0 $$ K S 0 systems andJP= 1+for theKK*0systems. We also present measurements of the branching fractions of four$$ {\overline{B}}^0 $$ B ¯ 0 →D(*)+$$ {D}_s^{-} $$ D s ,B→D(*)0$$ {D}_s^{-} $$ D s decay channels with a precision compatible to the current world averages. 
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  3. Abstract The multihadron decays $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D + pπ−π− and $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D * + pπ−π− are observed in data corresponding to an integrated luminosity of 3 fb − 1 , collected in proton-proton collisions at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV by the LHCb detector. Using the decay $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → $$ {\Lambda}_c^{+} $$ Λ c + π + π − π − as a normalisation channel, the ratio of branching fractions is measured to be $$ \frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}p{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {\Lambda}_c^0{\pi}^{+}{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}\times \frac{\mathcal{B}\left({D}^{+}\to {K}^{-}{\pi}^{+}{\pi}^{+}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_c^0\to {pK}^{-}{\pi}^{-}\right)}=\left(5.35\pm 0.21\pm 0.16\right)\%, $$ B Λ b 0 → D + p π − π − B Λ b 0 → Λ c 0 π + π − π − × B D + → K − π + π + B Λ c 0 → pK − π − = 5.35 ± 0.21 ± 0.16 % , where the first uncertainty is statistical and the second systematic. The ratio of branching fractions for the $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D *+ pπ − π − and $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D + pπ − π − decays is found to be $$ \frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{\ast +}p{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}p{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}\times \left(\mathcal{B}\left({D}^{\ast +}\to {D}^{+}{\pi}^0\right)+\mathcal{B}\left({D}^{\ast +}\to {D}^{+}\gamma \right)\right)=\left(61.3\pm 4.3\pm 4.0\right)\%. $$ B Λ b 0 → D ∗ + p π − π − B Λ b 0 → D + p π − π − × B D ∗ + → D + π 0 + B D ∗ + → D + γ = 61.3 ± 4.3 ± 4.0 % . 
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  4. A bstract A data set corresponding to an integrated luminosity of 9 fb − 1 of proton-proton collisions collected by the LHCb experiment has been analysed to search for $$ {B}_c^{+}\to {D}_{(s)}^{\left(\ast \right)+}{\genfrac{}{}{0pt}{}{\left(\hbox{---} \right)}{D}}^{\left(\ast \right)0} $$ B c + → D s ∗ + — D ∗ 0 decays. The decays are fully or partially reconstructed, where one or two missing neutral pions or photons from the decay of an excited charm meson are allowed. Upper limits for the branching fractions, normalised to B + decays to final states with similar topologies, are obtained for sixteen $$ {B}_c^{+} $$ B c + decay modes. For the decay $$ {B}_c^{+}\to {D}_s^{+}{\overline{D}}^0 $$ B c + → D s + D ¯ 0 , an excess with a significance of 3.4 standard deviations is found. 
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  5. A bstract Measurements of CP observables in B ± → D (*) K ± and B ± → D (*) π ± decays are presented, where D (∗) indicates a neutral D or D ∗ meson that is an admixture of meson and anti-meson states. Decays of the D (∗) meson to the Dπ 0 and Dγ final states are partially reconstructed without inclusion of the neutral pion or photon. Decays of the D meson are reconstructed in the K ± π ∓ , K + K − , and π + π − final states. The analysis uses a sample of charged B mesons produced in proton-proton collisions and collected with the LHCb experiment, corresponding to integrated luminosities of 2.0, 1.0, and 5.7 fb − 1 taken at centre-of-mass energies of 7, 8, and 13 TeV, respectively. The measurements of partially reconstructed B ± → D (*) K ± and B ± → D (∗) π ± with D → K ∓ π ± decays are the first of their kind, and a first observation of the B ± → $$ {\left(D{\pi}^0\right)}_{D^{\ast }}{\pi}^{\pm } $$ D π 0 D ∗ π ± decay is made with a significance of 6.1 standard deviations. All CP observables are measured with world-best precision, and in combination with other LHCb results will provide strong constraints on the CKM angle γ . 
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