Observation of the mass difference between neutral charm-meson eigenstates

Aaij, R. et al. (2021) Observation of the mass difference between neutral charm-meson eigenstates. Physical Review Letters, 127(11), 111801. (doi: 10.1103/PhysRevLett.127.111801)

Abstract

A measurement of mixing and C P 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 0 S π + π − decays are analyzed using a method optimized for the measurement of the mass difference between neutral charm-meson eigenstates. Allowing for C P violation in mixing and in the interference between mixing and decay, the mass and decay-width differences are measured to be x C P = [ 3.97 ± 0.46 ( stat ) ± 0.29 ( syst ) ] × 1 0 − 3 and y C P = [ 4.59 ± 1.20 ( stat ) ± 0.85 ( syst ) ] × 1 0 − 3 , respectively. The C P -violating parameters are measured as Δ x = [ − 0.27 ± 0.18 ( stat ) ± 0.01 ( syst ) ] × 1 0 − 3 and Δ y = [ 0.20 ± 0.36 ( stat ) ± 0.13 ( syst ) ] × 1 0 − 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 C P symmetry and improve existing constraints on the associated parameters.

• Item Type: Articles
• Status: Published
• Refereed: Yes
• Glasgow Author(s) Enlighten ID: Dean, Cameron and Seman Bobulska, Dana and Alexander, Dr Michael and Soler, Professor Paul and Robertson, Mr Gary and Schiller, Dr Manuel and Friday, David and Douglas, Lauren and Coombs, George and Spradlin, Dr Patrick and Cooke, Miss Naomi and Petric, Dr Marko and Eklund, Prof Lars and Longstaff, Iain Richard
• Authors: Aaij, R., Abellán Beteta, C., Ackernley, T., Adeva, B., Adinolfi, M., Afsharnia, H., Aidala, C. A., Aiola, S., Ajaltouni, Z., Akar, S., Albrecht, J., Alessio, F., Alexander, M., Alfonso Albero, A., Aliouche, Z., Alkhazov, G., Alvarez Cartelle, P., Amato, S., Amhis, Y., An, L., Anderlini, L., Andreianov, A., Andreotti, M., Archilli, F., Artamonov, A., Artuso, M., Arzymatov, K., Aslanides, E., Atzeni, M., Audurier, B., Bachmann, S., Bachmayer, M., Back, J. J., Baladron Rodriguez, P., Balagura, V., Baldini, W., Baptista Leite, J., Barlow, R. J., Barsuk, S., Barter, W., Bartolini, M., Baryshnikov, F., Basels, J. M., Bassi, G., Batsukh, B., Battig, A., Bay, A., Becker, M., Bedeschi, F., Bediaga, I., Beiter, A., Belavin, V., Belin, S., Bellee, V., Belous, K., Belov, I., Belyaev, I., Bencivenni, G., Ben-Haim, E., Berezhnoy, A., Bernet, R., Berninghoff, D., Bernstein, H. C., Bertella, C., Bertolin, A., Betancourt, C., Betti, F., Bezshyiko, I., Bhasin, S., Bhom, J., Bian, L., Bieker, M. S., Bifani, S., Billoir, P., Birch, M., Bishop, F. C. R., Bitadze, A., Bizzeti, A., Bjørn, M., Blago, M. P., Blake, T., Blanc, F., Blusk, S., Bobulska, D., Boelhauve, J. A., Boente Garcia, O., Boettcher, T., Boldyrev, A., Bondar, A., Bondar, N., Borghi, S., Borisyak, M., Borsato, M., Borsuk, J. T., Bouchiba, S. A., Bowcock, T. J. V., Boyer, A., Bozzi, C., Bradley, M. J., Braun, S., Brea Rodriguez, A., Brodski, M., Brodzicka, J., Brossa Gonzalo, A., Brundu, D., Buonaura, A., Burr, C., Bursche, A., Butkevich, A., Butter, J. S., Buytaert, J., Byczynski, W., Cadeddu, S., Cai, H., Calabrese, R., Calefice, L., Calero Diaz, L., Cali, S., Calladine, R., Calvi, M., Calvo Gomez, M., Camargo Magalhaes, P., Campana, P., Campoverde Quezada, A. F., Capelli, S., Capriotti, L., Carbone, A., Carboni, G., Cardinale, R., Cardini, A., Carli, I., Carniti, P., Carus, L., Carvalho Akiba, K., Casais Vidal, A., Casse, G., Cattaneo, M., Cavallero, G., Celani, S., Cerasoli, J., Chadwick, A. J., Chapman, M. G., Charles, M., Charpentier, P., Chatzikonstantinidis, G., Chavez Barajas, C. A., Chefdeville, M., Chen, C., Chen, S., Chernov, A., Chobanova, V., Cholak, S., Chrzaszcz, M., Chubykin, A., Chulikov, V., Ciambrone, P., Cicala, M. F., Cid Vidal, X., Ciezarek, G., Clarke, P. E. L., Clemencic, M., Cliff, H. V., Closier, J., Cobbledick, J. L., Coco, V., Coelho, J. A. B., Cogan, J., Cogneras, E., Cojocariu, L., Collins, P., Colombo, T., Congedo, L., Contu, A., Cooke, N., Coombs, G., Corti, G., Costa Sobral, C. M., Couturier, B., Craik, D. C., Crkovská, J., Cruz Torres, M., Currie, R., Da Silva, C. L., Dadabaev, S., Dall’Occo, E., Dalseno, J., D’Ambrosio, C., Danilina, A., d’Argent, P., Davis, A., De Aguiar Francisco, O., De Bruyn, K., De Capua, S., De Cian, M., De Miranda, J. M., De Paula, L., De Serio, M., De Simone, D., De Simone, P., de Vries, J. A., Dean, C. T., Decamp, D., Del Buono, L., Delaney, B., Dembinski, H.-P., Dendek, A., Denysenko, V., Derkach, D., Deschamps, O., Desse, F., Dettori, F., Dey, B., Di Canto, A., Di Cicco, A., Di Nezza, P., Didenko, S., Dieste Maronas, L., Dijkstra, H., Dobishuk, V., Donohoe, A. M., Dordei, F., dos Reis, A. C., Douglas, L., Dovbnya, A., Downes, A. G., Dreimanis, K., Dudek, M. W., Dufour, L., Duk, V., Durante, P., Durham, J. M., Dutta, D., Dziurda, A., Dzyuba, A., Easo, S., Egede, U., Egorychev, V., Eidelman, S., Eisenhardt, S., Ek-In, S., Eklund, L., Ely, S., Ene, A., Epple, E., Escher, S., Eschle, J., Esen, S., Evans, T., Falabella, A., Fan, J., Fan, Y., Fang, B., Farry, S., Fazzini, D., Féo, M., Fernandez Prieto, A., Fernandez-tenllado Arribas, J. M., Fernez, A. D., Ferrari, F., Ferreira Lopes, L., Ferreira Rodrigues, F., Ferreres Sole, S., Ferrillo, M., Ferro-Luzzi, M., Filippov, S., Fini, R. A., Fiorini, M., Firlej, M., Fischer, K. M., Fitzgerald, D. S., Fitzpatrick, C., Fiutowski, T., Fkiaras, A., Fleuret, F., Fontana, M., Fontanelli, F., Forty, R., Franco Lima, V., Franco Sevilla, M., Frank, M., Franzoso, E., Frau, G., Frei, C., Friday, D. A., Fu, J., Fuehring, Q., Funk, W., Gabriel, E., Gaintseva, T., Gallas Torreira, A., Galli, D., Gambetta, S., Gan, Y., Gandelman, M., Gandini, P., Gao, Y., Garau, M., Garcia Martin, L. M., Garcia Moreno, P., García Pardiñas, J., Garcia Plana, B., Garcia Rosales, F. A., Garrido, L., Gaspar, C., Geertsema, R. E., Gerick, D., Gerken, L. L., Gersabeck, E., Gersabeck, M., Gershon, T., Gerstel, D., Ghez, P., Gibson, V., Giemza, H. K., Giovannetti, M., Gioventù, A., Gironella Gironell, P., Giubega, L., Giugliano, C., Gizdov, K., Gkougkousis, E. L., Gligorov, V. V., Göbel, C., Golobardes, E., Golubkov, D., Golutvin, A., Gomes, A., Gomez Fernandez, S., Goncalves Abrantes, F., Goncerz, M., Gong, G., Gorbounov, P., Gorelov, I. V., Gotti, C., Govorkova, E., Grabowski, J. P., Grammatico, T., Granado Cardoso, L. A., Graugés, E., Graverini, E., Graziani, G., Grecu, A., Greeven, L. M., Griffith, P., Grillo, L., Gromov, S., Gruberg Cazon, B. R., Gu, C., Guarise, M., Günther, P. A., Gushchin, E., Guth, A., Guz, Y., Gys, T., Hadavizadeh, T., Haefeli, G., Haen, C., Haimberger, J., Halewood-leagas, T., Hamilton, P. M., Hammerich, J. P., Han, Q., Han, X., Hancock, T. H., Hansmann-Menzemer, S., Harnew, N., Harrison, T., Hasse, C., Hatch, M., He, J., Hecker, M., Heijhoff, K., Heinicke, K., Hennequin, A. M., Hennessy, K., Henry, L., Heuel, J., Hicheur, A., Hill, D., Hilton, M., Hollitt, S. E., Hu, J., Hu, J., Hu, W., Hu, X., Huang, W., Huang, X., Hulsbergen, W., Hunter, R. J., Hushchyn, M., Hutchcroft, D., Hynds, D., Ibis, P., Idzik, M., Ilin, D., Ilten, P., Inglessi, A., Ishteev, A., Ivshin, K., Jacobsson, R., Jakobsen, S., Jans, E., Jashal, B. K., Jawahery, A., Jevtic, V., Jezabek, M., Jiang, F., John, M., Johnson, D., Jones, C. R., Jones, T. P., Jost, B., Jurik, N., Kandybei, S., Kang, Y., Karacson, M., Karpov, M., Keizer, F., Kenzie, M., Ketel, T., Khanji, B., Kharisova, A., Kholodenko, S., Kirn, T., Kirsebom, V. S., Kitouni, O., Klaver, S., Klimaszewski, K., Koliiev, S., Kondybayeva, A., Konoplyannikov, A., Kopciewicz, P., Kopecna, R., Koppenburg, P., Korolev, M., Kostiuk, I., Kot, O., Kotriakhova, S., Kravchenko, P., Kravchuk, L., Krawczyk, R. D., Kreps, M., Kress, F., Kretzschmar, S., Krokovny, P., Krupa, W., Krzemien, W., Kucewicz, W., Kucharczyk, M., Kudryavtsev, V., Kuindersma, H. S., Kunde, G. J., Kvaratskheliya, T., Lacarrere, D., Lafferty, G., Lai, A., Lampis, A., Lancierini, D., Lane, J. J., Lane, R., Lanfranchi, G., Langenbruch, C., Langer, J., Lantwin, O., Latham, T., Lazzari, F., Le Gac, R., Lee, S. H., Lefèvre, R., Leflat, A., Legotin, S., Leroy, O., Lesiak, T., Leverington, B., Li, H., Li, L., Li, P., Li, S., Li, Y., Li, Y., Li, Z., Liang, X., Lin, T., Lindner, R., Lisovskyi, V., Litvinov, R., Liu, G., Liu, H., Liu, S., Loi, A., Lomba Castro, J., Longstaff, I., Lopes, J. H., Lovell, G. H., Lu, Y., Lucchesi, D., Luchuk, S., Lucio Martinez, M., Lukashenko, V., Luo, Y., Lupato, A., Luppi, E., Lupton, O., Lusiani, A., Lyu, X., Ma, L., Ma, R., Maccolini, S., Machefert, F., Maciuc, F., Macko, V., Mackowiak, P., Maddrell-Mander, S., Madejczyk, O., Madhan Mohan, L. R., Maev, O., Maevskiy, A., Maisuzenko, D., Majewski, M. W., Malczewski, J. J., Malde, S., Malecki, B., Malinin, A., Maltsev, T., Malygina, H., Manca, G., Mancinelli, G., Manuzzi, D., Marangotto, D., Maratas, J., Marchand, J. F., Marconi, U., Mariani, S., Marin Benito, C., Marinangeli, M., Marks, J., Marshall, A. M., Marshall, P. J., Martellotti, G., Martinazzoli, L., Martinelli, M., Martinez Santos, D., Martinez Vidal, F., Massafferri, A., Materok, M., Matev, R., Mathad, A., Mathe, Z., Matiunin, V., Matteuzzi, C., Mattioli, K. R., Mauri, A., Maurice, E., Mauricio, J., Mazurek, M., McCann, M., Mcconnell, L., Mcgrath, T. H., McNab, A., McNulty, R., Mead, J. V., Meadows, B., Meier, G., Meinert, N., Melnychuk, D., Meloni, S., Merk, M., Merli, A., Meyer Garcia, L., Mikhasenko, M., Milanes, D. A., Millard, E., Milovanovic, M., Minard, M.-N., Minotti, A., Minzoni, L., Mitchell, S. E., Mitreska, B., Mitzel, D. S., Mödden, A., Mohammed, R. A., Moise, R. D., Mombächer, T., Monroy, I. A., Monteil, S., Morandin, M., Morello, G., Morello, M. J., Moron, J., Morris, A. B., Morris, A. G., Mountain, R., Mu, H., Muheim, F., Mulder, M., Müller, D., Müller, K., Murphy, C. H., Murray, D., Muzzetto, P., Naik, P., Nakada, T., Nandakumar, R., Nanut, T., Nasteva, I., Needham, M., Neri, I., Neri, N., Neubert, S., Neufeld, N., Newcombe, R., Nguyen, T. D., Nguyen-Mau, C., Niel, E. M., Nieswand, S., Nikitin, N., Nolte, N. S., Normand, C., Nunez, C., Oblakowska-Mucha, A., Obraztsov, V., O’Hanlon, D. P., Oldeman, R., Olivares, M. E., Onderwater, C. J. G., O’neil, R. H., Ossowska, A., Otalora Goicochea, J. M., Ovsiannikova, T., Owen, P., Oyanguren, A., Pagare, B., Pais, P. R., Pajero, T., Palano, A., Palutan, M., Pan, Y., Panshin, G., Papanestis, A., Pappagallo, M., Pappalardo, L. L., Pappenheimer, C., Parker, W., Parkes, C., Parkinson, C. J., Passalacqua, B., Passaleva, G., Pastore, A., Patel, M., Patrignani, C., Pawley, C. J., Pearce, A., Pellegrino, A., Pepe Altarelli, M., Perazzini, S., Pereima, D., Perret, P., Petrenko, I., Petric, M., Petridis, K., Petrolini, A., Petrov, A., Petrucci, S., Petruzzo, M., Pham, T. T. H., Philippov, A., Pica, L., Piccini, M., Pietrzyk, B., Pietrzyk, G., Pili, M., Pinci, D., Pisani, F., P. K., R., Placinta, V., Plews, J., Plo Casasus, M., Polci, F., Poli Lener, M., Poliakova, M., Poluektov, A., Polukhina, N., Polyakov, I., Polycarpo, E., Pomery, G. J., Ponce, S., Popov, D., Popov, S., Poslavskii, S., Prasanth, K., Promberger, L., Prouve, C., Pugatch, V., Pullen, H., Punzi, G., Qi, H., Qian, W., Qin, J., Qin, N., Quagliani, R., Quintana, B., Raab, N. V., Rabadan Trejo, R. I., Rachwal, B., Rademacker, J. H., Rama, M., Ramos Pernas, M., Rangel, M. S., Ratnikov, F., Raven, G., Reboud, M., Redi, F., Reiss, F., Remon Alepuz, C., Ren, Z., Renaudin, V., Ribatti, R., Ricciardi, S., Rinnert, K., Robbe, P., Robertson, G., Rodrigues, A. B., Rodrigues, E., Rodriguez Lopez, J. A., Rollings, A., Roloff, P., Romanovskiy, V., Romero Lamas, M., Romero Vidal, A., Roth, J. D., Rotondo, M., Rudolph, M. S., Ruf, T., Ruiz Vidal, J., Ryzhikov, A., Ryzka, J., Saborido Silva, J. J., Sagidova, N., Sahoo, N., Saitta, B., Salomoni, M., Sanchez Gonzalo, D., Sanchez Gras, C., Santacesaria, R., Santamarina Rios, C., Santimaria, M., Santovetti, E., Saranin, D., Sarpis, G., Sarpis, M., Sarti, A., Satriano, C., Satta, A., Saur, M., Savrina, D., Sazak, H., Scantlebury Smead, L. G., Scarabotto, A., Schael, S., Schiller, M., Schindler, H., Schmelling, M., Schmidt, B., Schneider, O., Schopper, A., Schubiger, M., Schulte, S., Schune, M. H., Schwemmer, R., Sciascia, B., Sellam, S., Semennikov, A., Senghi Soares, M., Sergi, A., Serra, N., Sestini, L., Seuthe, A., Seyfert, P., Shang, Y., Shangase, D. M., Shapkin, M., Shchemerov, I., Shchutska, L., Shears, T., Shekhtman, L., Shen, Z., Shevchenko, V., Shields, E. B., Shmanin, E., Shupperd, J. D., Siddi, B. G., Silva Coutinho, R., Simi, G., Simone, S., Skidmore, N., Skwarnicki, T., Slater, M. W., Slazyk, I., Smallwood, J. C., Smeaton, J. G., Smetkina, A., Smith, E., Smith, M., Snoch, A., Soares, M., Soares Lavra, L., Sokoloff, M. D., Soler, F. J. P., Solovev, A., Solovyev, I., Souza De Almeida, F. L., Souza De Paula, B., Spaan, B., Spadaro Norella, E., Spradlin, P., Stagni, F., Stahl, M., Stahl, S., Stefko, P., Steinkamp, O., Stenyakin, O., Stevens, H., Stone, S., Stramaglia, M. E., Straticiuc, M., Strekalina, D., Suljik, F., Sun, J., Sun, L., Sun, Y., Svihra, P., Swallow, P. N., Swientek, K., Szabelski, A., Szumlak, T., Szymanski, M., Taneja, S., Tanner, A. R., Terentev, A., Teubert, F., Thomas, E., Thomson, K. A., Tisserand, V., T’Jampens, S., Tobin, M., Tomassetti, L., Torres Machado, D., Tou, D. Y., Tran, M. T., Trifonova, E., Trippl, C., Tuci, G., Tully, A., Tuning, N., Ukleja, A., Unverzagt, D. J., Ursov, E., Usachov, A., Ustyuzhanin, A., Uwer, U., Vagner, A., Vagnoni, V., Valassi, A., Valenti, G., Valls Canudas, N., van Beuzekom, M., Van Dijk, M., van Herwijnen, E., Van Hulse, C. B., van Veghel, M., Vazquez Gomez, R., Vazquez Regueiro, P., Vázquez Sierra, C., Vecchi, S., Velthuis, J. J., Veltri, M., Venkateswaran, A., Veronesi, M., Vesterinen, M., Vieira, D., Vieites Diaz, M., Viemann, H., Vilasis-Cardona, X., Vilella Figueras, E., Villa, A., Vincent, P., Vom Bruch, D., Vorobyev, A., Vorobyev, V., Voropaev, N., Vos, K., Waldi, R., Walsh, J., Wang, C., Wang, J., Wang, J., Wang, J., Wang, J., Wang, M., Wang, R., Wang, Y., Wang, Z., Wang, Z., Wark, H. M., Watson, N. K., Weber, S. G., Websdale, D., Weisser, C., Westhenry, B. D. C., White, D. J., Whitehead, M., Wiedner, D., Wilkinson, G., Wilkinson, M., Williams, I., Williams, M., Williams, M. R. J., Wilson, F. F., Wislicki, W., Witek, M., Witola, L., Wormser, G., Wotton, S. A., Wu, H., Wyllie, K., Xiang, Z., Xiao, D., Xie, Y., Xu, A., Xu, J., Xu, L., Xu, M., Xu, Q., Xu, Z., Xu, Z., Yang, D., Yang, S., Yang, Y., Yang, Z., Yang, Z., Yao, Y., Yeomans, L. E., Yin, H., Yu, J., Yuan, X., Yushchenko, O., Zaffaroni, E., Zavertyaev, M., Zdybal, M., Zenaiev, O., Zeng, M., Zhang, D., Zhang, L., Zhang, S., Zhang, Y., Zhang, Y., Zharkova, A., Zhelezov, A., Zheng, Y., Zhou, X., Zhou, Y., Zhu, X., Zhu, Z., Zhukov, V., Zonneveld, J. B., Zou, Q., Zucchelli, S., Zuliani, D., and Zunica, G.
• College/School: College of Science and Engineering > School of Physics and Astronomy
• Journal Name: Physical Review Letters
• Publisher: American Physical Society
• ISSN: 0031-9007
• ISSN (Online): 1079-7114
• Published Online: 07 September 2021
• Copyright Holders: Copyright © 2021 CERN, for the LHCb Collaboration
• First Published: First published in Physical Review Letters 127(11): 111801
• Publisher Policy: Reproduced under a Creative Commons License