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Title: Measurement of CP observables in B± → D(*)K± and B± → D(*)π± decays using two-body D final states
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 .  more » « less
Award ID(s):
2102879
PAR ID:
10349078
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
4
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract Searches for CP violation in the two-body decays $$ {D}_{(s)}^{+}\to {h}^{+}{\pi}^0 $$ D s + → h + π 0 and $$ {D}_{(s)}^{+}\to {h}^{+}\eta $$ D s + → h + η (where h + denotes a π + or K + meson) are performed using pp collision data collected by the LHCb experiment corresponding to either 9 fb − 1 or 6 fb − 1 of integrated luminosity. The π 0 and η mesons are reconstructed using the e + e − γ final state, which can proceed as three-body decays π 0 → e + e − γ and η → e + e − γ , or via the two-body decays π 0 → γγ and η → γγ followed by a photon conversion. The measurements are made relative to the control modes $$ {D}_{(s)}^{+}\to {K}_{\mathrm{S}}^0{h}^{+} $$ D s + → K S 0 h + to cancel the production and detection asymmetries. The CP asymmetries are measured to be $$ {\displaystyle \begin{array}{c}{\mathcal{A}}_{CP}\left({D}^{+}\to {\pi}^{+}{\pi}^0\right)=\left(-1.3\pm 0.9\pm 0.6\right)\%,\\ {}{\mathcal{A}}_{CP}\left({D}^{+}\to {K}^{+}{\pi}^0\right)=\left(-3.2\pm 4.7\pm 2.1\right)\%,\\ {}\begin{array}{c}{\mathcal{A}}_{CP}\left({D}^{+}\to {\pi}^{+}\eta \right)=\left(-0.2\pm 0.8\pm 0.4\right)\%,\\ {}{\mathcal{A}}_{CP}\left({D}^{+}\to {K}^{+}\eta \right)=\left(-6\pm 10\pm 4\right)\%,\\ {}\begin{array}{c}{\mathcal{A}}_{CP}\left({D}_s^{+}\to {K}^{+}{\pi}^0\right)=\left(-0.8\pm 3.9\pm 1.2\right)\%,\\ {}\begin{array}{c}{\mathcal{A}}_{CP}\left({D}_s^{+}\to {\pi}^{+}\eta \right)=\left(0.8\pm 0.7\pm 0.5\right)\%,\\ {}{\mathcal{A}}_{CP}\left({D}_s^{+}\to {K}^{+}\eta \right)=\left(0.9\pm 3.7\pm 1.1\right)\%,\end{array}\end{array}\end{array}\end{array}} $$ A CP D + → π + π 0 = − 1.3 ± 0.9 ± 0.6 % , A CP D + → K + π 0 = − 3.2 ± 4.7 ± 2.1 % , A CP D + → π + η = − 0.2 ± 0.8 ± 0.4 % , A CP D + → K + η = − 6 ± 10 ± 4 % , A CP D s + → K + π 0 = − 0.8 ± 3.9 ± 1.2 % , A CP D s + → π + η = 0.8 ± 0.7 ± 0.5 % , A CP D s + → K + η = 0.9 ± 3.7 ± 1.1 % , where the first uncertainties are statistical and the second systematic. These results are consistent with no CP violation and mostly constitute the most precise measurements of $$ {\mathcal{A}}_{CP} $$ A CP in these decay modes to date. 
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  2. 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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  3. A<sc>bstract</sc> Measurements ofCPobservables and the CKM angleγare performed inB±→DK*(892)±decays, whereDrepresents a superposition ofD0and$$ {\overline{D}}^0 $$ D ¯ 0 states, using the LHCb dataset collected during Run 1 (2011–2012) and Run 2 (2015–2018). A study of this channel is presented with theDmeson reconstructed in two-body final statesK±π,K+Kandπ+π; four-body final statesK±ππ±πandπ+ππ+π; and three-body final states$$ {K}_{\textrm{S}}^0{\pi}^{+}{\pi}^{-} $$ K S 0 π + π and$$ {K}_{\textrm{S}}^0{K}^{+}{K}^{-} $$ K S 0 K + K . This analysis includes the first observation of the suppressedB±→[π±K]DKandB±→[π±Kπ±π]DKdecays. The combined result givesγ= (63±13)°. 
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  4. 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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  5. 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. 
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