Journal Article PUBDB-2022-00340

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Observation of the Mass Difference Between Neutral Charm-Meson Eigenstates

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2021
APS College Park, Md.

Physical review letters 127(11), 111801 () [10.1103/PhysRevLett.127.111801]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2021-099; LHCb-PAPER-2021-009; arXiv:2106.03744

Abstract: A measurement of mixing and CP violation in neutral charm mesons is performed using data reconstructed in proton-proton collisions collected by the LHCb experiment from 2016 to 2018, corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb$^{-1}$. A total of 30.6 million $D^0 → K_S^0 π^+ π^-$ decays are analyzed using a method optimized for the measurement of the mass difference between neutral charm-meson eigenstates. Allowing for CP violation in mixing and in the interference between mixing and decay, the mass and decay-width differences are measured to be $x_{CP}$=[3.97±0.46(stat)±0.29(syst)]×10$^{-3}$ and $y_{CP}$=[4.59±1.20(stat)±0.85(syst)]×10$^{-3}$, respectively. The CP-violating parameters are measured as $Δx$=[-0.27±0.18(stat)±0.01(syst)]×10$^{-3}$ and $Δy$=[0.20±0.36(stat)±0.13(syst)]×10$^{-3}$. This is the first observation of a nonzero mass difference in the $D^0$ meson system, with a significance exceeding seven standard deviations. The data are consistent with CP symmetry and improve existing constraints on the associated parameters.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; D0: hadronic decay ; D0 anti-D0: mass difference ; D0 anti-D0: mixing ; CP: violation ; asymmetry: CP ; interference ; mass: width ; LHC-B ; CERN LHC Coll ; charm ; experimental results ; D0 --> K0(S) pi+ pi- ; 13000 GeV-cms

Classification:

Contributing Institute(s):
  1. Informationstechnologie (IT)
Research Program(s):
  1. 6G9 - IDAF (DESY) (POF4-6G9) (POF4-6G9)
Experiment(s):
  1. DESY: TIER-II

Appears in the scientific report 2021
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