New measurements of Bc+ decays into single charm final states
Unter Verwendung von 9 fb⁻¹ Proton-Proton-Kollisionsdaten aus dem LHCb-Experiment berichtet diese Studie über die erste Beobachtung von Bc+→D+K∗0-Zerfällen, liefert Hinweise auf Bc+→D∗0K+ und Bs+→Ds+ϕ-Zerfälle, verbessert die Präzision der Messung von Bc+→D0K+ und setzt eine Obergrenze für den Bc+→D0π+-Kanal, während sie gleichzeitig eine mit Null kompatible CP-Asymmetrie im D0K+-Modus misst.
Ursprüngliche Autoren: LHCb collaboration, R. Aaij, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, Z. Ajaltouni, S. Akar, K. Akiba, P. Albicocco, J. Albrecht, F. Alessio, Z. Aliouche, P. Alvarez Cartelle, R. Amalric, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, L. An, L. Anderlini, M. Andersson, A. Andreianov, P. Andreola, M. Andreotti, D. Andreou, A. Anelli, D. Ao, F. Archilli, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, P. Baladron Rodriguez, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Barsuk, W. Barter, M. Bartolini, J. Bartz, J. M. Basels, S. Bashir, G. Bassi, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, K. Belous, I. Belov, I. Belyaev, G. Benane, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, A. Berezhnoy, R. Bernet, S. Bernet Andres, A. Bertolin, C. Betancourt, F. Betti, J. Bex, Ia. Bezshyiko, J. Bhom, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, P. Billoir, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, V. Bocharnikov, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, A. Boldyrev, C. Bolognani, R. Bolzonella, R. B. Bonacci, N. Bondar, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, A. Brea Rodriguez, N. Breer, J. Brodzicka, A. Brossa Gonzalo, J. Brown, D. Brundu, E. Buchanan, A. Buonaura, L. Buonincontri, A. T. Burke, C. Burr, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, S. Calderon Ramirez, L. Calefice, S. Cali, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, D. H. Campora Perez, A. F. Campoverde Quezada, S. Capelli, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, A. Casais Vidal, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, D. Cervenkov, S. Cesare, A. J. Chadwick, I. Chahrour, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, M. Chefdeville, C. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chernov, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, V. Chobanova, S. Cholak, M. Chrzaszcz, A. Chubykin, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, A. Contu, N. Cooke, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, M. Cruz Torres, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, S. Dadabaev, L. Dai, X. Dai, E. Dall'Occo, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, J. Daniel, A. Danilina, P. d'Argent, G. Darze, A. Davidson, J. E. Davies, A. Davis, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, V. Dedu, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, H. -P. Dembinski, J. Deng, V. Denysenko, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, I. Diachkov, S. Didenko, S. Ding, L. Dittmann, V. Dobishuk, A. D. Docheva, C. Dong, A. M. Donohoe, F. Dordei, A. C. dos Reis, A. D. Dowling, W. Duan, P. Duda, M. W. Dudek, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, A. Dziurda, A. Dzyuba, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, A. Egorychev, V. Egorychev, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, J. Eschle, S. Esen, T. Evans, F. Fabiano, L. N. Falcao, Y. Fan, B. Fang, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, D. Fazzini, L. Felkowski, M. Feng, M. Feo, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferrillo, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, R. A. Fini, M. Fiorini, M. Firlej, K. L. Fischer, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, M. Fontana, L. A. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Q. Führing, Y. Fujii, T. Fulghesu, E. Gabriel, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, K. G. Garg, L. Garrido, C. Gaspar, R. E. Geertsema, L. L. Gerken, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, L. Giambastiani, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, P. Gironella Gironell, C. Giugliano, M. A. Giza, E. L. Gkougkousis, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, E. Golobardes, D. Golubkov, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, M. Goncerz, G. Gong, J. A. Gooding, I. V. Gorelov, C. Gotti, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, L. M. Greeven, N. A. Grieser, L. Grillo, S. Gromov, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, M. Guittiere, V. Guliaeva, P. A. Günther, A. -K. Guseinov, E. Gushchin, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, M. Hajheidari, G. Hallett, M. M. Halvorsen, P. M. Hamilton, J. Hammerich, Q. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, L. Hao, N. Harnew, T. J. Harris, M. Hartmann, S. Hashmi, J. He, F. Hemmer, C. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, L. Henry, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, N. Howarth, J. Hu, W. Hu, X. Hu, W. Huang, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, M. Hushchyn, D. Hutchcroft, M. Idzik, D. Ilin, P. Ilten, A. Inglessi, A. Iniukhin, A. Ishteev, K. Ivshin, R. Jacobsson, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, E. Jans, B. K. Jashal, A. Jawahery, V. Jevtic, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, T. P. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, D. Karpenkov, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, A. Kharisova, S. Kholodenko, G. Khreich, T. Kirn, V. S. Kirsebom, O. Kitouni, S. Klaver, N. Kleijne, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, M. Korolev, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, A. Kozachuk, P. Kravchenko, L. Kravchuk, M. Kreps, P. Krokovny, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, E. Kulikova, A. Kupsc, B. Kutsenko, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, J. J. Lane, R. Lane, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, J. Langer, O. Lantwin, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, A. Leflat, S. Legotin, M. Lehuraux, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, H. Li, K. Li, L. Li, M. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, S. Li, T. Li, T. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Lian, X. Liang, S. Libralon, C. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, V. Lisovskyi, R. Litvinov, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, S. López Soliño, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, V. Lukashenko, Y. Luo, A. Lupato, E. Luppi, K. Lynch, X. -R. Lyu, G. M. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, A. Maevskiy, D. Magdalinski, D. Maisuzenko, M. W. Majewski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, A. Malinin, T. Maltsev, G. Manca, G. Mancinelli, C. Mancuso, R. Manera Escalero, F. M. Manganella, D. Manuzzi, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, V. Matiunin, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, M. McCann, L. Mcconnell, T. H. McGrath, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, G. Meier, D. Melnychuk, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, T. Miralles, B. Mitreska, D. S. Mitzel, A. Modak, R. A. Mohammed, R. D. Moise, S. Mokhnenko, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, H. Mu, Z. Mu, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, R. Murta, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, T. Nanut, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, P. Neustroev, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, N. Nikitin, Q. Niu, P. Nogarolli, P. Nogga, C. Normand, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, C. Nunez, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, T. Oeser, S. Okamura, A. Okhotnikov, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, M. Olocco, C. J. G. Onderwater, R. H. O'Neil, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, P. R. Pais, T. Pajero, A. Palano, M. Palutan, X. Pan, G. Panshin, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, B. Passalacqua, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. 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Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogachev, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, M. Rotondo, S. R. Roy, M. S. Rudolph, M. Ruiz Diaz, R. A. Ruiz Fernandez, J. Ruiz Vidal, A. Ryzhikov, J. Ryzka, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, R. Sadek, N. Sagidova, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, D. Saranin, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, D. Savrina, H. Sazak, F. Sborzacchi, L. G. Scantlebury Smead, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, S. Schulte, M. H. Schune, R. Schwemmer, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, I. Segal, S. Sellam, A. Semennikov, T. Senger, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, A. Seuthe, Y. Shang, D. M. Shangase, M. Shapkin, R. S. Sharma, I. Shchemerov, L. Shchutska, T. Shears, L. Shekhtman, Z. Shen, S. Sheng, V. Shevchenko, B. Shi, Q. Shi, Y. Shimizu, E. Shmanin, R. Shorkin, J. D. Shupperd, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, J. C. Smallwood, E. Smith, K. Smith, M. Smith, A. Snoch, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, A. Solovev, I. Solovyev, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, B. Souza De Paula, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, E. Spiridenkov, P. Spradlin, V. Sriskaran, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, E. N. Stein, O. Steinkamp, O. Stenyakin, H. Stevens, D. Strekalina, Y. Su, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, D. Sundfeld, W. Sutcliffe, P. N. Swallow, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, M. D. Tat, A. Terentev, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, D. Torres Machado, L. Toscano, D. Y. Tou, C. Trippl, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, D. J. Unverzagt, B. Urbach, E. Ursov, A. Usachov, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, V. Vagnoni, V. Valcarce Cadenas, G. Valenti, N. Valls Canudas, H. Van Hecke, E. van Herwijnen, C. B. Van Hulse, R. Van Laak, M. van Veghel, G. Vasquez, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Verdoglia, M. Vesterinen, D. Vico Benet, P. Vidrier Villalba, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, E. Vilella Figueras, A. Villa, P. Vincent, F. C. Volle, D. vom Bruch, N. Voropaev, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, E. J. Walton, G. Wan, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, R. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, A. Xu, J. Xu, L. Xu, L. Xu, M. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, K. Yang, S. Yang, X. Yang, Y. Yang, Z. Yang, V. Yeroshenko, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, X. Yuan, Y Yuan, E. Zaffaroni, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Y. Z. Zhang, Y. Zhao, A. Zharkova, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, Y. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo, Q. Zou, D. Zuliani, G. Zunica
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Stellen Sie sich das Universum als einen riesigen, Hochgeschwindigkeits-Teilchenbeschleuniger vor, einen Ort, an dem winzige Bausteine der Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zusammenstoßen. In diesem chaotischen Tanz jagen Physiker nach seltenen und exotischen Kreaturen, den Mesonen. Die meisten dieser Teilchen sind wie gewöhnliche Paare, bestehend aus einem schweren Quark und einem leichten Quark. Aber es gibt ein spezielles, seltenes Meson namens Bc+ (ausgesprochen „B-sub-c-plus“). Es ist das einzige seiner Art, eine einzigartige Partnerschaft aus zwei schweren Quarks unterschiedlicher Geschmacksrichtungen. Betrachten Sie es als das „Einhorn“ der Teilchenwelt. Weil es so schwer ist und aus zwei schweren Zutaten besteht, ist es unglaublich schwierig herzustellen und es verschwindet (zerfällt) sehr schnell – dreimal schneller als seine leichteren Cousins. Wissenschaftler sind besessen davon, zu beobachten, wie es auseinanderfällt, denn die Art und Weise, wie es zerfällt, enthält Hinweise auf die fundamentalen Kräfte, die unser Universum regieren. Speziell suchen sie nach einem mysteriösen Prozess namens „schwacher Annihilation“, bei dem die beiden schweren Partner einander vernichten und neue Teilchen aus reiner Energie erschaffen, anstatt dass nur einer von ihnen sich in etwas anderes verwandelt.
Dieses neue Paper der LHCb-Kollaboration am CERN gleicht einer Schatzsuche mit hohem Einsatz. Das Team hat eine massive Menge an Daten – entsprechend einer integrierten Luminosität von 9 fb−1, die aus Protonenkollisionen gesammelt wurde – genommen und diese durchsiebt, um spezifische Wege zu finden, wie das Bc+-Meson in ein Paar Teilchen zerfällt: eines, das ein „Charm“-Quark enthält, und eines, das kein Charm enthält (ein „charmless“ Meson). Sie suchten nach fünf spezifischen Kombinationen dieser Zerfallsprodukte. Die Ergebnisse sind eine Mischung aus aufregenden Entdeckungen und engen Grenzwerten. Es gelang ihnen, den Zerfall des Bc+ in ein D+- und ein K∗0-Meson zum ersten Mal nachzuweisen, wobei sie ein Produkt aus Verzweigungsbruch und Fragmentierungsverhältnis von (1,42±0,22±0,07±0,11)×10−6 fanden. Sie fanden auch starke Belege für zwei andere Zerfälle: Bc+→D∗0K+ mit einem Wert von (1,46±0,30±0,11±0,05)×10−6 und Bc+→Ds+ϕ mit einem Wert von (4,0±1,3±0,2±0,5)×10−7. Sie verbesserten zudem die Präzision einer früheren Messung für Bc+→D0K+, die sie mit (9,7±1,0±0,4±0,3)×10−7 angaben.
Doch nicht jede Suche brachte einen Schatz zutage. Als sie nach dem Zerfall Bc+→D0π+ suchten, fanden sie überhaupt kein Signal. Anstelle einer Entdeckung setzten sie stattdessen eine strikte Obergrenze und sagten, dass, falls dieser Zerfall stattfindet, er unglaublich selten sein muss, mit einem Wert von weniger als 1,4×10−7 bei einem Konfidenzniveau von 95 %. Dieses Ausbleiben ist tatsächlich ein bedeutender Hinweis; es deutet darauf hin, dass der Prozess der „schwachen Annihilation“ die dominierende Kraft ist, die hier am Werk ist, und nicht ein anderer Mechanismus, der eine Änderung des Quark-Geschmacks beinhaltet. Das Team prüfte auch, ob das Universum Materie und Antimaterie in diesen Zerfällen unterschiedlich behandelt (ein Konzept namens CP-Verletzung), indem es den Bc+→D0K+-Zerfall untersuchte. Sie fanden heraus, dass die Asymmetrie mit Null vereinbar ist, was bedeutet, dass Materie und Antimaterie in diesem spezifischen Szenario gleichartig agieren. Insgesamt bestätigt das Paper, dass diese seltenen Zerfälle viel häufiger vorkommen, als einfache Theorien vorhersagten, was stark die Idee unterstützt, dass die beiden schweren Quarks im Bc+-Meson tatsächlich einander annihilieren, um diese neuen Teilchenpaare zu erschaffen.
Technische Zusammenfassung: Neue Messungen von Bc+-Zerfällen in Single-Charm-Endzustände
Problem und Motivation
Das Bc+-Meson ist als das einzige Grundzustandsmeson, das aus zwei schweren Quarks unterschiedlicher Flavors besteht, einzigartig. Im Gegensatz zu leichteren B-Mesonen, bei denen b-Quark-Tree-Level-W-Emissionszerfälle dominieren, wird die Zerfallsbreite des Bc+-Mesons signifikant durch c-Quark-Übergänge und schwache Annihilationsprozesse bestimmt. Konkret machen Tree-Level-W-Emissionszerfälle nur etwa ∼30% der Breite aus, während etwa 60% auf c-Quark-Übergänge zurückzuführen sind. Die verbleibenden ∼10% der Zerfallsrate werden durch schwache Annihilation dominiert, während b→u-Übergänge erwartet werden als subdominant. Obgleich der Zerfall Bc+→D0K+ bereits beobachtet wurde und somit einen Beleg für die schwache Annihilation liefert, erfordert der Mechanismus eine weitere Validierung. Theoretische Modelle legen nahe, dass, falls die schwache Annihilation der treibende Hauptfaktor ist, Zerfälle, die die Hadronisierung von ddˉ- oder ssˉ-Paaren beinhalten (was zu D+K∗0, D∗0K+ und Ds+ϕ führt), bei Raten auftreten sollten, die mit dem D0K+-Modus vergleichbar sind. Im Gegensatz dazu wird der Modus Bc+→D0π+, der stärker auf den unterdrückten b→u-Ügangen basiert, eine signifikant geringere Rate haben. Diese Arbeit adresst die Notwendigkeit, nach diesen verwandten Single-Charm-Endzuständen zu suchen, um die Dominanz der schwachen Annihilation zu bestätigen und die Präzision bestehender Messungen zu verbessern.
Methodik
Die Analyse nutzt Proton-Proton-Kollisionsdaten, die vom LHCb-Experiment gesammelt wurden und einer integrierten Luminosität von 9 fb−1 entsprechen (3 fb−1 bei s=7 und 8 TeV, sowie 6 fb−1 bei s=13 TeV). Die Studie konzentriert sich auf fünf Observablen, RDX, definiert als das Produkt aus dem Fragmentationsfraktionsverhältnis (fc/fu) und der Verzweigungsrate B(Bc+→DX), wobei D ein Charm-Meson und X ein charmless Meson ist.
Die Messstrategie verwendet eine relative Normalisierungstechnik, um systematische Unsicherheiten zu minimieren. Die Signalerträge für Bc+→D+K∗0, Bc+→Ds+ϕ, Bc+→D∗0K+, Bc+→D0K+ und Bc+→D0π+ werden extrahiert und gegen die weitaus häufigeren B+-Zerfallsmodi (B+→D+D0 und B+→D0π+) normalisiert, die in ähnlichen Endzuständen rekonstruiert wurden.
Zu den wesentlichen Verfahrensschritten gehören:
- Selektion: Ereignisse werden mittels Hardware- und Software-Triggern ausgewählt, die versetzte Sekundär-Vertices erfordern. Ein Boosted Decision Tree (BDT)-Klassifikator wird trainiert, um den kombinatorischen Hintergrund zu unterdrücken, wobei kinematische Variablen, Vertex-Fit-Qualitäten und Partikelidentifikations-Informationen (PID) genutzt werden.
- Effizienzkorrektur: Selektionseffizienzen werden aus simulierten Stichproben bestimmt und für Daten-Simulations-Unterschiede mittels einer datengesteuerten Methode für die Trigger-Effizienz korrigiert. Die kurze Lebensdauer des Bc+-Mesons (ca. 3-mal kürzer als die des B+) erfordert eine sorgfältige Behandlung der Effizienzen bei der Selektion versetzter Vertices.
- Ertragsextraktion: Signal- und Normalisierungserträge werden über unbinelle Maximum-Likelihood-Fits an die Invariante-Massen-Verteilungen der Bc+- und B+-Kandidaten extrahiert. Signalformen werden mittels Crystal-Ball-Funktionen modelliert, während teilweise rekonstruierte Zerfälle (z. B. solche mit nicht rekonstruierten π0 oder γ) unter Verwendung parametrischer PDFs modelliert werden.
- CP-Asymmetrie: Ein simultaner Fit an Bc+- und Bc−-Kandidaten wird für den Kanal Bc+→D0K+ durchgeführt, um die direkte CP-Verletzung zu messen.
Wesentliche Beiträge und Ergebnisse
Die Arbeit berichtet über die erste Beobachtung des Bc+→D+K∗0-Zerfalls und liefert klare Evidenz für die Quasi-Zwei-Körper-Modi Bc+→D∗0K+ und Bc+→Ds+ϕ. Die Messung von Bc+→D0K+ wird mit verbesserter Präzision aktualisiert, während der Modus Bc+→D0π+ unbeobachtet bleibt.
Die gemessenen RDX-Werte (mit statistischen, systematischen und externen Unsicherheiten) sind:
- RD+K∗0=(1.42±0.23±0.07±0.11)×10−6 (Erste Beobachtung)
- RD∗0K+=(1.46±0.30±0.11±0.05)×10−6 (Klare Evidenz)
- RDs+ϕ=(4.0±1.3±0.2±0.5)×10−7 (Klare Evidenz)
- RD0K+=(9.7±1.0±0.4±0.3)×10−7 (Verbesserte Präzision)
- RD0π+<1.4×10−7 bei einem Konfidenzniveau von 95 % (Obere Grenze)
Zusätzlich wurde die direkte CP-Asymmetrie in Bc+→D0K+ als ACP=0.07±0.10±0.03 gemessen, was mit Null konsistent ist.
Bedeutung
Die Ergebnisse stützen die Hypothese, dass die schwache Annihilation die Single-Charm-Bc+-Zerfälle dominiert. Die Beobachtung von Bc+→D+K∗0 und Bc+→D∗0K+ bei Raten, die mit Bc+→D0K+ vergleichbar sind, unterstützt die Erwartung, dass die Hadronisierung in ddˉ- und ssˉ-Paare mit ähnlichen Wahrscheinlichkeiten erfolgt. Die Nicht-Beobachtung von Bc+→D0π+ bestätigt die Subdominanz des b→u-Übergangs-Amplituden-Abschnitts.
Die abgeleiteten Verzweigungsraten liegen etwa zwei Größenordnungen höher als die Erwartungen basierend allein auf W-Emission und Penguin-Amplituden, was die Schlussfolgerung verstärkt, dass die schwache Annihilation der primäre Mechanismus für diese Zerfälle ist. Die Vektor-Meson-Endzustände (D∗0K+ und D+K∗0) sind etwa 1,5-mal wahrscheinlicher als der D0K+-Modus, ein Muster, das konsistent mit Beobachtungen in B+→D(∗)K(∗)-Zerfällen ist. Diese Arbeit trägt signifikant zum Verständnis der Bc+-Zerfallsdynamik und der Rolle der schwachen Annihilation in der Schwer-Flavor-Physik bei.
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