Observation of the Mass Difference between Neutral Charm-Meson Eigenstates

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, Ia.; 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, Ph.; 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, Ph.; 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.; Resmi P., K; 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.; Zunica, G.

doi:10.1103/PhysRevLett.127.111801

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 D0 → K0S 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 D0 meson system, with a significance exceeding seven standard deviations. The data are consistent with CP symmetry and improve existing constraints on the associated parameters.

Aaij, R., Abellán Beteta, C., Ackernley, T., Adeva, B., Adinolfi, M., Afsharnia, H., et al. (2021). Observation of the Mass Difference between Neutral Charm-Meson Eigenstates. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 127(11), 1-12 [10.1103/PhysRevLett.127.111801].