First observation of the $$ {\Lambda}_b^0 $$ → D+D−Λ decay



Aaij, R, Abdelmotteleb, ASW, Abellan Beteta, C, Abudinén, F, Ackernley, T, Adams, JA, Adefisoye, AA, Adeva, B, Adinolfi, M, Adlarson, P
et al (show 1082 more authors) (2024) First observation of the $$ {\Lambda}_b^0 $$ → D+D−Λ decay. Journal of High Energy Physics, 2024 (7). 140-. ISSN 1126-6708, 1029-8479

Access the full-text of this item by clicking on the Open Access link.

Abstract

<jats:title>A<jats:sc>bstract</jats:sc> </jats:title> <jats:p>The <jats:inline-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ {\Lambda}_b^0 $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:inline-formula> → <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup>+</jats:sup> <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup> <jats:italic>−</jats:italic> </jats:sup>Λ decay is observed for the first time using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 5<jats:italic>.</jats:italic>3 fb<jats:sup> <jats:italic>−</jats:italic>1</jats:sup>. Using the <jats:italic>B</jats:italic> <jats:sup>0</jats:sup> → <jats:inline-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ {D}^{+}{D}^{-}{K}_S^0 $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:msubsup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:inline-formula> decay as a reference channel, the product of the relative production cross-section and decay branching fractions is measured to be<jats:disp-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ \mathcal{R}=\frac{\sigma_{\Lambda_b^0}}{\sigma_{B^0}}=\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}{D}^{-}\Lambda \right)}{\mathcal{B}\left({B}^0\to {D}^{+}{D}^{-}{K}_{\textrm{S}}^0\right)}=0.179\pm 0.022\pm 0.014, $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mfrac> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> </mml:msub> </mml:mfrac> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:mi>Λ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:msubsup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0.179</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.022</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.014</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:disp-formula> </jats:p> <jats:p>where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. The known branching fraction of the reference channel, <jats:inline-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {D}^{+}{D}^{-}{K}_{\textrm{S}}^0\right) $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:msubsup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:inline-formula>, and the cross-section ratio, <jats:inline-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ {\sigma}_{\Lambda_b^0}/{\sigma}_{B^0} $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> </mml:msub> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:inline-formula>, previously measured by LHCb are used to derive the branching fraction of the <jats:inline-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ {\Lambda}_b^0 $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:inline-formula> <jats:italic>→ D</jats:italic> <jats:sup>+</jats:sup> <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup> <jats:italic>−</jats:italic> </jats:sup>Λ decay<jats:disp-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ \mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}{D}^{-}\Lambda \right)=\left(1.24\pm 0.15\pm 0.10\pm 0.28\pm 0.11\right)\times {10}^{-4}, $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:mi>Λ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:mn>1.24</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.15</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.10</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.28</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.11</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:disp-formula> </jats:p> <jats:p>where the third and fourth contributions are due to uncertainties of <jats:inline-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {D}^{+}{D}^{-}{K}_{\textrm{S}}^0\right) $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:msubsup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:inline-formula> and <jats:inline-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ {\sigma}_{\Lambda_b^0}/{\sigma}_{B^0} $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> </mml:msub> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:inline-formula>, respectively. Inspection of the <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup>+</jats:sup>Λ and <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup>+</jats:sup> <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup> <jats:italic>−</jats:italic> </jats:sup> invariant-mass distributions suggests a rich presence of intermediate resonances in the decay. The <jats:inline-formula> <jats:alternatives> <jats:tex-math>$$ {\Lambda}_b^0 $$</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:math> </jats:alternatives> </jats:inline-formula> → <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup>*+</jats:sup> <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup> <jats:italic>−</jats:italic> </jats:sup>Λ decay is also observed for the first time as a partially reconstructed component in the <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup>+</jats:sup> <jats:italic>D</jats:italic> <jats:sup> <jats:italic>−</jats:italic> </jats:sup>Λ invariant mass spectrum.</jats:p>

Item Type: Article
Uncontrolled Keywords: 4902 Mathematical Physics, 5107 Particle and High Energy Physics, 49 Mathematical Sciences, 51 Physical Sciences
Depositing User: Symplectic Admin
Date Deposited: 05 Aug 2024 09:43
Last Modified: 17 Mar 2025 19:53
DOI: 10.1007/jhep07(2024)140
Open Access URL: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/JHEP...
Related Websites:
URI: https://livrepository.liverpool.ac.uk/id/eprint/3183320