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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
NSF-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 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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  3. A bstract We present a measurement of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa unitarity triangle angle ϕ 3 (also known as γ ) using a model-independent Dalitz plot analysis of B + → D ( $$ {K}_S^0 $$ K S 0 h + h − ) h + , where D is either a D 0 or $$ \overline{D} $$ D ¯ 0 meson and h is either a π or K . This is the first measurement that simultaneously uses Belle and Belle II data, combining samples corresponding to integrated luminosities of 711 fb − 1 and 128 fb − 1 , respectively. All data were accumulated from energy-asymmetric e + e − collisions at a centre-of-mass energy corresponding to the mass of the Υ(4 S ) resonance. We measure ϕ 3 = (78 . 4 ± 11 . 4 ± 0 . 5 ± 1 . 0)°, where the first uncertainty is statistical, the second is the experimental systematic uncertainty and the third is from the uncertainties on external measurements of the D -decay strong-phase parameters. 
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  4. null (Ed.)
    A bstract We present measurements of the branching fractions for the decays B → Kμ + μ − and B → Ke + e − , and their ratio ( R K ), using a data sample of 711 fb − 1 that contains 772 × 10 6 $$ B\overline{B} $$ B B ¯ events. The data were collected at the ϒ(4 S ) resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e + e − collider. The ratio R K is measured in five bins of dilepton invariant-mass-squared ( q 2 ): q 2 ∈ (0 . 1 , 4 . 0) , (4 . 00 , 8 . 12) , (1 . 0 , 6 . 0), (10 . 2 , 12 . 8) and ( > 14 . 18) GeV 2 /c 4 , along with the whole q 2 region. The R K value for q 2 ∈ (1 . 0 , 6 . 0) GeV 2 /c 4 is $$ {1.03}_{-0.24}^{+0.28} $$ 1.03 − 0.24 + 0.28 ± 0 . 01. The first and second uncertainties listed are statistical and systematic, respectively. All results for R K are consistent with Standard Model predictions. We also measure CP -averaged isospin asymmetries in the same q 2 bins. The results are consistent with a null asymmetry, with the largest difference of 2.6 standard deviations occurring for the q 2 ∈ (1 . 0 , 6 . 0) GeV 2 /c 4 bin in the mode with muon final states. The measured differential branching fractions, $$ d\mathrm{\mathcal{B}} $$ d ℬ /dq 2 , are consistent with theoretical predictions for charged B decays, while the corresponding values are below the expectations for neutral B decays. We have also searched for lepton-flavor-violating B → Kμ ± e ∓ decays and set 90% confidence-level upper limits on the branching fraction in the range of 10 − 8 for B + → K + μ ± e ∓ , and B 0 → K 0 μ ± e ∓ modes. 
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  5. null (Ed.)
    A bstract We present a search for the dark photon A ′ in the B 0 → A ′ A ′ decays, where A ′ subsequently decays to e + e − , μ + μ − , and π + π − . The search is performed by analyzing 772 × 10 6 $$ B\overline{B} $$ B B ¯ events collected by the Belle detector at the KEKB e + e − energy-asymmetric collider at the ϒ(4 S ) resonance. No signal is found in the dark photon mass range 0 . 01 GeV /c 2 ≤ m A ′ ≤ 2 . 62 GeV /c 2 , and we set upper limits of the branching fraction of B 0 → A ′ A ′ at the 90% confidence level. The products of branching fractions, $$ \mathrm{\mathcal{B}}\left({B}^0\to A^{\prime }A^{\prime}\right)\times \mathrm{\mathcal{B}}{\left(A\prime \to {e}^{+}{e}^{-}\right)}^2 $$ ℬ B 0 → A ′ A ′ × ℬ A ′ → e + e − 2 and $$ \mathrm{\mathcal{B}}\left({B}^0\to A^{\prime }A^{\prime}\right)\times \mathrm{\mathcal{B}}{\left(A\prime \to {\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)}^2 $$ ℬ B 0 → A ′ A ′ × ℬ A ′ → μ + μ − 2 , have limits of the order of 10 − 8 depending on the A ′ mass. Furthermore, considering A ′ decay rate to each pair of charged particles, the upper limits of $$ \mathrm{\mathcal{B}}\left({B}^0\to A^{\prime }A^{\prime}\right) $$ ℬ B 0 → A ′ A ′ are of the order of 10 − 8 –10 − 5 . From the upper limits of $$ \mathrm{\mathcal{B}}\left({B}^0\to A^{\prime }A^{\prime}\right) $$ ℬ B 0 → A ′ A ′ , we obtain the Higgs portal coupling for each assumed dark photon and dark Higgs mass. The Higgs portal couplings are of the order of 10 − 2 –10 − 1 at $$ {m}_{h\prime}\simeq {m}_{B^0} $$ m h ′ ≃ m B 0 ± 40 MeV /c 2 and 10 − 1 –1 at $$ {m}_{h\prime}\simeq {m}_{B^0} $$ m h ′ ≃ m B 0 ± 3 GeV /c 2 . 
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