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Title: Improved branching-fraction measurements of $$ {B}_{(s)}^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{h}^{+}h{\prime}^{-} $$ decays and first observation of $$ {B}_s^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{K}^{+}{K}^{-} $$
A<sc>bstract</sc> This paper presents a study of the charmless three-body decays$$ {B}_{(s)}^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{h}^{+}h{\prime}^{-} $$ Bs0 →KS0h+h′− (whereh(′)=π, K), using a sample ofppcollision data collected by the LHCb experiment during Runs 1 and 2 of the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb−1. The decay$$ {B}_s^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{K}^{+}{K}^{-} $$ Bs0→KS0K+K− is observed for the first time, and the following ratios of branching fractions are measured:$$ {\displaystyle \begin{array}{l}\frac{\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{K}^{+}{K}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{\pi}^{+}{\pi}^{-}\right)}=0.578\pm 0.007\pm 0.017,\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{K}^{\pm }{K}^{\mp}\right)}{\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{\pi}^{+}{\pi}^{-}\right)}=0.1363\pm 0.0035\pm 0.051,\\ {}\begin{array}{l}\frac{\mathcal{B}\left({B}_s^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{\pi}^{+}{\pi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{\pi}^{+}{\pi}^{-}\right)}=0.269\pm 0.011\pm 0.015\pm 0.008,\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({B}_s^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{K}^{+}{K}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{\pi}^{+}{\pi}^{-}\right)}=0.0303\pm 0.0041\pm 0.0025\pm 0.0009,\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({B}_s^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{K}^{\pm }{\pi}^{\mp}\right)}{\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}_{\mathrm{S}}^0{\pi}^{+}{\pi}^{-}\right)}=1.818\pm 0.021\pm 0.031\pm 0.056,\end{array}\end{array}} $$ B B0→KS0K+K− B B0→KS0π+π− =0.578±0.007±0.017, B B0→KS0K±K∓ B B0→KS0π+π− =0.1363±0.0035±0.051, B Bs0→KS0π+π− B B0→KS0π+π− =0.269±0.011±0.015±0.008, B Bs0→KS0K+K− B B0→KS0π+π− =0.0303±0.0041±0.0025±0.0009, B Bs0→KS0K±π∓ B B0→KS0π+π− =1.818±0.021±0.031±0.056, where the uncertainties are statistical, systematic, and due to knowledge of the ratio of hadronisation fractions of the$$ {B}_s^0 $$ Bs0 andB0mesons, respectively.  more » « less
Award ID(s):
2411639
PAR ID:
10713110
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
jhep
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2026
Issue:
7
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A<sc>bstract</sc> Using data samples of 983.0 fb−1and 427.9 fb−1accumulated with the Belle and Belle II detectors operating at the KEKB and SuperKEKB asymmetric-energye+e−colliders, singly Cabibbo-suppressed decays$$ {\Xi}_c^{+}\to p{K}_S^0 $$ Ξc+→pKS0 ,$$ {\Xi}_c^{+}\to \Lambda {\pi}^{+} $$ Ξc+→Λπ+ , and$$ {\Xi}_c^{+}\to {\Sigma}^0{\pi}^{+} $$ Ξc+→Σ0π+ are observed for the first time. The ratios of branching fractions of$$ {\Xi}_c^{+}\to p{K}_S^0 $$ Ξc+→pKS0 ,$$ {\Xi}_c^{+}\to \Lambda {\pi}^{+} $$ Ξc+→Λπ+ , and$$ {\Xi}_c^{+}\to {\Sigma}^0{\pi}^{+} $$ Ξc+→Σ0π+ relative to that of$$ {\Xi}_c^{+}\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}{\pi}^{+} $$ Ξc+→Ξ−π+π+ are measured to be$$ {\displaystyle \begin{array}{c}\frac{\mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to p{K}_S^0\right)}{\mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}{\pi}^{+}\right)}=\left(2.47\pm 0.16\pm 0.07\right)\%,\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to \Lambda {\pi}^{+}\right)}{\mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}{\pi}^{+}\right)}=\left(1.56\pm 0.14\pm 0.09\right)\%,\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to {\Sigma}^0{\pi}^{+}\right)}{\mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}{\pi}^{+}\right)}=\left(4.13\pm 0.26\pm 0.22\right)\%.\end{array}} $$ B Ξc+→pKS0 B Ξc+→Ξ−π+π+ = 2.47±0.16±0.07 %, B Ξc+→Λπ+ B Ξc+→Ξ−π+π+ = 1.56±0.14±0.09 %, B Ξc+→Σ0π+ B Ξc+→Ξ−π+π+ = 4.13±0.26±0.22 %. Multiplying these values by the branching fraction of the normalization channel,$$ \mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}{\pi}^{+}\right)=\left(2.9\pm 1.3\right)\% $$ B Ξc+→Ξ−π+π+ = 2.9±1.3 % , the absolute branching fractions are determined to be$$ {\displaystyle \begin{array}{c}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to p{K}_S^0\right)=\left(7.16\pm 0.46\pm 0.20\pm 3.21\right)\times {10}^{-4},\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to \Lambda {\pi}^{+}\right)=\left(4.52\pm 0.41\pm 0.26\pm 2.03\right)\times {10}^{-4},\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to {\Sigma}^0{\pi}^{+}\right)=\left(1.20\pm 0.08\pm 0.07\pm 0.54\right)\times {10}^{-3}.\end{array}} $$ B Ξc+→pKS0 = 7.16±0.46±0.20±3.21 ×10−4, B Ξc+→Λπ+ = 4.52±0.41±0.26±2.03 ×10−4, B Ξc+→Σ0π+ = 1.20±0.08±0.07±0.54 ×10−3. The first and second uncertainties above are statistical and systematic, respectively, while the third ones arise from the uncertainty in$$ \mathcal{B}\left({\Xi}_c^{+}\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}{\pi}^{+}\right) $$ B Ξc+→Ξ−π+π+ . 
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  2. A<sc>bstract</sc> Branching fraction ratios between the decays$$ {B}_{(s)}^0\to J/\psi {\eta}^{\left(\prime \right)} $$ Bs0 →J/ψη′ are measured using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment at centre-of-mass energies of 7, 8 and 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb−1. The measured ratios of these branching fractions are$$ {\displaystyle \begin{array}{c}\frac{\mathcal{B}\left({B}^0\to J/{\psi \eta}^{\prime}\right)}{\mathcal{B}\left({B}^0\to J/\psi \eta \right)}=0.48\pm 0.06\pm 0.02\pm 0.01,\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({B}_s^0\to J/{\psi \eta}^{\prime}\right)}{\mathcal{B}\left({B}_s^0\to J/\psi \eta \right)}=0.80\pm 0.02\pm 0.02\pm 0.01,\end{array}} $$ B B0→J/ψη′ B B0→J/ψη =0.48±0.06±0.02±0.01, B Bs0→J/ψη′ B Bs0→J/ψη =0.80±0.02±0.02±0.01, where the uncertainties are statistical, systematic and related to the precision of theη(′)branching fractions, respectively. They are used to constrain theη/η′ mixing angle,ϕP, and to probe the presence of a possible glueball component in theη′ meson, described by the gluonic mixing angleϕG. The obtained results are $$ {\displaystyle \begin{array}{c}{\phi}_{\textrm{P}}={\left({41.6}_{-1.2}^{+1.0}\right)}^{\circ },\\ {}{\phi}_{\textrm{G}}={\left({28.1}_{-4.0}^{+3.9}\right)}^{\circ },\end{array}} $$ ϕP= 41.6−1.2+1.0 ∘ , ϕG= 28.1−4.0+3.9 ∘ , where the uncertainties are statistically dominated. While the value ofϕPis compatible with existing experimental determinations and theoretical calculations, the angleϕGdiffers from zero by more than four standard deviations, which points to a substantial glueball component in theη′ meson and/or unexpectedly large contributions from gluon-mediated processes in these decays. The absolute branching fractions are also measured relative to that of the well-established$$ {B}_s^0\to J/\psi \phi $$ Bs0→J/ψϕ decay, which serves as the normalisation channel. These results supersede the previous LHCb measurements and are the most precise to date. 
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  3. A<sc>bstract</sc> We present a study of$$ {\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0 $$ Ξc0→Ξ0π0 ,$$ {\Xi}_c^0\to {\Xi}^0\eta $$ Ξc0→Ξ0η , and$$ {\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\eta}^{\prime } $$ Ξc0→Ξ0η′ decays using the Belle and Belle II data samples, which have integrated luminosities of 980 fb−1and 426 fb−1, respectively. We measure the following relative branching fractions$$ {\displaystyle \begin{array}{c}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0\right)/\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right)=0.48\pm 0.02\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.03\left(\textrm{syst}\right),\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0\eta \right)/\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right)=0.11\pm 0.01\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.01\left(\textrm{syst}\right),\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\eta}^{\prime}\right)/\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right)=0.08\pm 0.02\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.01\left(\textrm{syst}\right)\end{array}} $$ B Ξc0→Ξ0π0 /B Ξc0→Ξ−π+ =0.48±0.02stat±0.03syst, B Ξc0→Ξ0η /B Ξc0→Ξ−π+ =0.11±0.01stat±0.01syst, B Ξc0→Ξ0η′ /B Ξc0→Ξ−π+ =0.08±0.02stat±0.01syst for the first time, where the uncertainties are statistical (stat) and systematic (syst). By multiplying by the branching fraction of the normalization mode,$$ \mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right) $$ B Ξc0→Ξ−π+ , we obtain the following absolute branching fraction results$$ {\displaystyle \begin{array}{c}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0\right)=\left(6.9\pm 0.3\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.5\left(\textrm{syst}\right)\pm 1.3\left(\operatorname{norm}\right)\right)\times {10}^{-3},\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0\eta \right)=\left(1.6\pm 0.2\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.2\left(\textrm{syst}\right)\pm 0.3\left(\operatorname{norm}\right)\right)\times {10}^{-3},\\ {}\mathcal{B}\left({\varXi}_c^0\to {\Xi}^0{\eta}^{\prime}\right)=\left(1.2\pm 0.3\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.1\left(\textrm{syst}\right)\pm 0.2\left(\operatorname{norm}\right)\right)\times {10}^{-3},\end{array}} $$ B Ξc0→Ξ0π0 = 6.9±0.3stat±0.5syst±1.3norm ×10−3, B Ξc0→Ξ0η = 1.6±0.2stat±0.2syst±0.3norm ×10−3, B Ξc0→Ξ0η′ = 1.2±0.3stat±0.1syst±0.2norm ×10−3, where the third uncertainties are from$$ \mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right) $$ B Ξc0→Ξ−π+ . The asymmetry parameter for$$ {\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0 $$ Ξc0→Ξ0π0 is measured to be$$ \alpha \left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^0{\pi}^0\right)=-0.90\pm 0.15\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.23\left(\textrm{syst}\right) $$ α Ξc0→Ξ0π0 =−0.90±0.15stat±0.23syst . 
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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> The lifetimes of the$$ {\varOmega}_c^0 $$ Ωc0 and$$ {\Xi}_c^0 $$ Ξc0 baryons are measured using appcollision dataset collected by the LHCb experiment, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb−1. The charm baryons are produced in the fully reconstructed decay chains$$ {\varOmega}_b^{-}\to {\varOmega}_c^0\left(\to p{K}^{-}{K}^{-}{\pi}^{+}\right){\pi}^{-} $$ Ωb−→Ωc0 →pK−K−π+ π− and$$ {\Xi}_b^{-}\to {\Xi}_c^0\left(\to p{K}^{-}{K}^{-}{\pi}^{+}\right){\pi}^{-} $$ Ξb−→Ξc0 →pK−K−π+ π− . The measurement uses topologically and kinematically similarB−→D0(→K−K+π−π+)π−decays for normalisation. The measured lifetimes are$$ {\displaystyle \begin{array}{c}{\tau}_{\varOmega_c^0}=276.3\pm 19.4\left(\textrm{stat}\right)\pm 1.8\left(\textrm{syst}\right)\pm 0.7\left({\tau}_{D^0}\right)\textrm{fs},\\ {}{\tau}_{\Xi_c^0}=149.2\pm 2.5\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.9\left(\textrm{syst}\right)\pm 0.4\ \left({\tau}_{D^0}\right)\textrm{fs},\end{array}} $$ τΩc0 =276.3±19.4stat±1.8syst±0.7 τD0 fs, τΞc0 =149.2±2.5stat±0.9syst±0.4 τD0 fs, where the first uncertainty is statistical, the second systematic and the third due to the uncertainty of theD0lifetime. These results are consistent with previous measurements performed by the LHCb experiment. 
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