Title: Search for CP violation in $${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ decays in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$
Abstract A search is reported for charge-parity$$CP$$ CP violation in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D0→ KS0 KS0 decays, using data collected in proton–proton collisions at$$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s=13TeV recorded by the CMS experiment in 2018. The analysis uses a dedicated data set that corresponds to an integrated luminosity of 41.6$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb-1 , which consists of about 10 billion events containing a pair of b hadrons, nearly all of which decay to charm hadrons. The flavor of the neutral D meson is determined by the pion charge in the reconstructed decays$${{{\textrm{D}}}^{{*+}}} \rightarrow {{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} $$ D ∗+ →D0π+ and$${{{\textrm{D}}}^{{*-}}} \rightarrow {\overline{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D ∗- →D¯0π- . The$$CP$$ CP asymmetry in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D0→ KS0 KS0 is measured to be$$A_{CP} ({{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} ) = (6.2 \pm 3.0 \pm 0.2 \pm 0.8)\%$$ ACP ( KS0 KS0 ) =(6.2±3.0±0.2±0.8)% , where the three uncertainties represent the statistical uncertainty, the systematic uncertainty, and the uncertainty in the measurement of the$$CP$$ CP asymmetry in the$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D0→ KS0 π+π- decay. This is the first$$CP$$ CP asymmetry measurement by CMS in the charm sector as well as the first to utilize a fully hadronic final state.  more » « less
Award ID(s):
2121686 2209460
PAR ID:
10561174
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
84
Issue:
12
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
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  1. Abstract Using proton–proton collision data corresponding to an integrated luminosity of$$140\hbox { fb}^{-1}$$ 140fb-1 collected by the CMS experiment at$$\sqrt{s}= 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s=13TeV , the$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} $$ Λb0 →J/ψΞ-K+ decay is observed for the first time, with a statistical significance exceeding 5 standard deviations. The relative branching fraction, with respect to the$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} $$ Λb0 → ψ(2S) Λ decay, is measured to be$$\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} )/\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} ) = [3.38\pm 1.02\pm 0.61\pm 0.03]\%$$ B ( Λb0 →J/ψΞ-K+) /B ( Λb0 → ψ(2S) Λ) =[3.38±1.02±0.61±0.03]% , where the first uncertainty is statistical, the second is systematic, and the third is related to the uncertainties in$$\mathcal {B}({{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\uppi }} ^{{+}}} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$ B( ψ(2S) →J/ψπ+π-) and$$\mathcal {B}({{{\Xi }} ^{{-}}} \rightarrow {{\Lambda }} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$ B(Ξ-→Λπ-) . 
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  2. Abstract The total charm-quark production cross section per unit of rapidity$$\textrm{d}\sigma ({{\textrm{c}}\overline{\textrm{c}}})/\textrm{d}y$$ dσ( cc¯ )/dy , and the fragmentation fractions of charm quarks to different charm-hadron species$$f(\textrm{c}\rightarrow {\textrm{h}}_{\textrm{c}})$$ f(c→hc) , are measured for the first time in p–Pb collisions at$$\sqrt{s_\textrm{NN}} = 5.02~\text {Te}\hspace{-1.00006pt}\textrm{V} $$ sNN =5.02TeV at midrapidity ($$-0.96 -0.96<y<0.04 in the centre-of-mass frame) using data collected by ALICE at the CERN LHC. The results are obtained based on all the available measurements of prompt production of ground-state charm-hadron species:$$\textrm{D}^{0}$$ D0 ,$$\textrm{D}^{+}$$ D+ ,$$\textrm{D}_\textrm{s}^{+}$$ Ds+ , and$$\mathrm {J/\psi }$$ J/ψ mesons, and$$\Lambda _\textrm{c}^{+}$$ Λc+ and$$\Xi _\textrm{c}^{0}$$ Ξc0 baryons. The resulting cross section is$$ \textrm{d}\sigma ({{\textrm{c}}\overline{\textrm{c}}})/\textrm{d}y =219.6 \pm 6.3\;(\mathrm {stat.}) {\;}_{-11.8}^{+10.5}\;(\mathrm {syst.}) {\;}_{-2.9}^{+8.3}\;(\mathrm {extr.})\pm 5.4\;(\textrm{BR})\pm 4.6\;(\mathrm {lumi.}) \pm 19.5\;(\text {rapidity shape})+15.0\;(\Omega _\textrm{c}^{0})\;\textrm{mb} $$ dσ ( cc¯ ) /dy=219.6±6.3 (stat.) -11.8+10.5 (syst.) -2.9+8.3 (extr.) ±5.4(BR)±4.6 (lumi.) ±19.5(rapidity shape)+15.0 (Ωc0) mb , which is consistent with a binary scaling of pQCD calculations from pp collisions. The measured fragmentation fractions are compatible with those measured in pp collisions at$$\sqrt{s} = 5.02$$ s=5.02 and 13 TeV, showing an increase in the relative production rates of charm baryons with respect to charm mesons in pp and p–Pb collisions compared with$$\mathrm {e^{+}e^{-}}$$ e+e- and$$\mathrm {e^{-}p}$$ e-p collisions. The$$p_\textrm{T}$$ pT -integrated nuclear modification factor of charm quarks,$$R_\textrm{pPb}({\textrm{c}}\overline{\textrm{c}})= 0.91 \pm 0.04\;\mathrm{(stat.)} ^{+0.08}_{-0.09}\;\mathrm{(syst.)} ^{+0.05}_{-0.03}\;\mathrm{(extr.)} \pm 0.03\;\mathrm{(lumi.)}$$ RpPb (cc¯) =0.91±0.04 (stat.)-0.09+0.08 (syst.)-0.03+0.05 (extr.)±0.03(lumi.) , is found to be consistent with unity and with theoretical predictions including nuclear modifications of the parton distribution functions. 
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  3. Abstract The elliptic flow$$(v_2)$$ (v2) of$${\textrm{D}}^{0}$$ D0 mesons from beauty-hadron decays (non-prompt$${\textrm{D}}^{0})$$ D0) was measured in midcentral (30–50%) Pb–Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair$$\sqrt{s_{\textrm{NN}}} = 5.02$$ sNN =5.02  TeV with the ALICE detector at the LHC. The$${\textrm{D}}^{0}$$ D0 mesons were reconstructed at midrapidity$$(|y|<0.8)$$ (|y|<0.8) from their hadronic decay$$\mathrm {D^0 \rightarrow K^-\uppi ^+}$$ D0→K-π+ , in the transverse momentum interval$$2< p_{\textrm{T}} < 12$$ 2<pT<12  GeV/c. The result indicates a positive$$v_2$$ v2 for non-prompt$${{\textrm{D}}^{0}}$$ D0 mesons with a significance of 2.7$$\sigma $$ σ . The non-prompt$${{\textrm{D}}^{0}}$$ D0 -meson$$v_2$$ v2 is lower than that of prompt non-strange D mesons with 3.2$$\sigma $$ σ significance in$$2< p_\textrm{T} < 8~\textrm{GeV}/c$$ 2<pT<8GeV/c , and compatible with the$$v_2$$ v2 of beauty-decay electrons. Theoretical calculations of beauty-quark transport in a hydrodynamically expanding medium describe the measurement within uncertainties. 
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  4. A<sc>bstract</sc> A time-dependent, flavour-tagged measurement ofCPviolation is performed withB0→ D+D−and$$ {B}_s^0 $$ Bs0 →$$ {D}_s^{+}{D}_s^{-} $$ Ds+Ds− decays, using data collected by the LHCb detector in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 6 fb−1. InB0→ D+D−decays theCP-violation parameters are measured to be$$ {\displaystyle \begin{array}{c}{S}_{D^{+}{D}^{-}}=-0.552\pm 0.100\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.010\left(\textrm{syst}\right),\\ {}{C}_{D^{+}{D}^{-}}=0.128\pm 0.103\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.010\left(\textrm{syst}\right).\end{array}} $$ SD+D− =−0.552±0.100stat±0.010syst, CD+D− =0.128±0.103stat±0.010syst. In$$ {B}_s^0 $$ Bs0 →$$ {D}_s^{+}{D}_s^{-} $$ Ds+Ds− decays theCP-violating parameter formulation in terms ofϕsand|λ|results in$$ {\displaystyle \begin{array}{c}{\phi}_s=-0.086\pm 0.106\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.028\left(\textrm{syst}\right)\textrm{rad},\\ {}\mid {\lambda}_{D_s^{+}{D}_s^{-}}\mid =1.145\pm 0.126\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.031\left(\textrm{syst}\right).\end{array}} $$ ϕs=−0.086±0.106stat±0.028systrad, ∣ λ Ds+Ds− ∣=1.145±0.126stat±0.031syst. These results represent the most precise single measurement of theCP-violation parameters in their respective channels. For the first time in a single measurement,CPsymmetry is observed to be violated inB0→ D+D−decays with a significance exceeding six standard deviations. 
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  5. A<sc>bstract</sc> A measurement ofCPasymmetry in$$ {D}^0\to {K}_{\textrm{S}}^0{K}_{\textrm{S}}^0 $$ D0→KS0KS0 decays is reported, based on a data sample of proton-proton collisions collected with the LHCb detector in 2024 at a centre-of-mass energy of 13.6 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 6.2 fb−1. The$$ {D}^0\to {K}_{\textrm{S}}^0{\pi}^{+}{\pi}^{-} $$ D0→KS0π+π− decay is used as calibration channel to cancel residual detection and production asymmetries. The time-integratedCPasymmetry for the$$ {D}^0\to {K}_{\textrm{S}}^0{K}_{\textrm{S}}^0 $$ D0→KS0KS0 mode is measured to be$$ {\mathcal{A}}^{CP}\left({D}^0\to {K}_{\textrm{S}}^0{K}_{\textrm{S}}^0\right)=\left(1.86\pm 1.04\pm 0.41\right)\%, $$ ACP D0→KS0KS0 = 1.86±1.04±0.41 %, where the first uncertainty is statistical, and the second is systematic. This measurement represents the most precise single-experiment determination of this quantity to date. 
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