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Measurements of the mass difference $m(B^0)-m(B^+)$ and the energy dependence of the cross-section ratio $σ(e^+e^-\to B^0\bar{B}^0) / σ(e^+e^-\to B^+B^-)$ at Belle and Belle II

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2025

 GO

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Report No.: Belle II Preprint 2025-028; KEK Preprint 2025-35; arXiv:2511.15926

Abstract: Using data samples collected by the Belle and Belle II experiments at the $Υ(4S)$ resonance with integrated luminosities of 571 fb$^{-1}$ and 365 fb$^{-1}$, respectively, we measure the pseudoscalar $B$-meson mass difference to be $m(B^0)-m(B^+) = (0.495\pm0.024\pm0.005)$ MeV/c$^2$. The results are based on a simultaneous fit to the variable $\tilde{M}_{bc}$, which is related to the $B$ momentum, for $B^0$ and $B^+$ candidates; and to the energy dependence of ${\cal R}=σ(e^+e^-\to B^0\bar{B}^0) / σ(e^+e^-\to B^+B^-)$, which is measured using changes in the average center-of-mass energy over the data taking periods. The phase-space hypothesis ${\cal R}=(p_{B^0}/p_{B^+})^3$, upon which previous measurements rely, is strongly disfavored by our fit; the measured mass-difference value for the phase-space hypothesis also differs significantly from our measurement. We constrain ${\cal R}$ in a broader energy range than covered by the direct measurement and extract the energy dependence of ${\cal R}$ in the range from the $B\bar{B}$ threshold up to 10.59 GeV. We interpret the results using a phenomenological model and constrain the parameters of the $B\bar{B}$ potential in the isovector channel.


Note: 29 pages, 13 figures, to be submitted to JHEP
Contributing Institute(s):
  1. BELLE II Experiment (BELLE)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
Experiment(s):
  1. KEK: BELLE I/II
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Private Collections > >DESY > >FH > BELLE
Document types > Reports > Preprints
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 Record created 2025-12-08, last modified 2025-12-08
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