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Title: Study of charm mixing and CP violation with D0 → K±π∓π±π∓ decays
A<sc>bstract</sc> A study of charm mixing andCPviolation inD0→K±π∓π±π∓decays is performed using data collected by the LHCb experiment in proton-proton collisions from 2015 to 2018, corresponding to an integrated luminosity of 6 fb−1. The ratio of promptly producedD0→K+π−π+π−toD0→K−π+π−π+decay rates is measured as a function ofD0decay time, both inclusive over phase space and in bins of phase space. Taking external inputs for the$$ {D}^0-{\overline{D}}^0 $$ D0−D¯0 mixing parametersxandyallows constraints to be obtained on the hadronic parameters of the charm decay. When combined with previous measurements from charm-threshold experiments and at LHCb, improved knowledge is obtained for these parameters, which is valuable for studies of the angleγof the Unitarity Triangle. An alternative analysis is also performed, in which external inputs are taken for the hadronic parameters, and the mixing parameters are determined, including ∆xand ∆y, which are nonzero in the presence ofCPviolation. It is found that$$ x=\left(0.{85}_{-0.24}^{+0.15}\right)\% $$ x= 0. 85−0.24+0.15 % ,$$ y=\left(0.{21}_{-0.27}^{+0.29}\right)\% $$ y= 0. 21−0.27+0.29 % , ∆x= (−0.02 ± 0.04) % and$$ \Delta y=\left(0.0{2}_{-0.03}^{+0.04}\right)\% $$ Δy= 0.0 2−0.03+0.04 % . These results are consistent with previous measurements and the hypothesis ofCPconservation.  more » « less
Award ID(s):
2411639
PAR ID:
10713155
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
sissa
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2025
Issue:
12
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    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. 
    more » « less
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    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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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    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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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A model-independent determination of the CKM angleγis presented, using theB±→ [K+K−π+π−]Dh±andB±→ [π+π−π+π−]Dh±decays, withh=K, π. This measurement is the first phase-space binned study of these decay modes, and uses a sample of proton-proton collision data collected by the LHCb experiment, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb−1. The phase-space bins are optimised for sensitivity toγ, and in each bin external inputs from the BESIII experiment are used to constrain the charm strong-phase parameters. The result of this binned analysis is$$ \gamma ={\left(53.{9}_{-8.9}^{+9.5}\right)}^{{}^{\circ}} $$ γ= 53. 9−8.9+9.5 ° , where the uncertainty includes both statistical and systematic contributions. Furthermore, when combining with existing phase-space integrated measurements of the same decay modes, a value of$$ \gamma ={\left(52.{6}_{-6.4}^{+8.5}\right)}^{{}^{\circ}} $$ γ= 52. 6−6.4+8.5 ° is obtained, which is one of the most precise determinations ofγto date. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    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+ . 
    more » « less
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