Precision measurement of the CKM parameter sin(𝟮𝝱) with the LHCb experiment

Abstract

This thesis presents a decay-time dependent measurement of CP violation in the decay of B0 and B0-bar mesons into their common J/ψ KS final state. The CP observables S(J/ψ KS) and C(J/ψ KS) allow access to the magnitude of the symmetry violation in the interference between the B meson decay and mixing amplitudes and can directly be related to the CKM angle β. Using a dataset of selected signal B0 to J/ψ KS candidates corresponding to an integrated luminosity of 3.0 fb-1 collected at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV by the LHCb experiment, the CP observables are measured to be S(J/ψ KS) = -0.731 ± 0.035 (stat) ± 0.020 (syst), C(J/ψ KS) = -0.038 ± 0.032 (stat) ± 0.005 (syst), resulting in the worlds most precise measurement of these quantities at a hadron collider. With the parameter C(J/ψ S) fixed to zero, S(J/ψ KS) equals sin(2β) = 0.746 ± 0.030 (stat). The results have a similar precision as previous measurements at the B factories Babar and Belle and are consistent with these and with expectations from measurements of other CKM matrix parameters.

Die vorliegende Dissertation beschreibt eine zerfallszeitabhängige Messung von CP-Verletzung im Zerfall von B0- und Anti-B0-Mesonen in ihren gemeinsamen Endzustand J/ψ KS. Die Größe der Symmetrieverletzung in der Interferenz der Zerfalls- und Mischungs-Amplituden der B-Mesonen lässt sich durch die CP-Observablen S(J/ψ KS) und C(J/ψ KS) ausdrücken und mit dem CKM-Winkel β in Bezug setzen. Die Messung wurde auf einem Datensatz von selektierten B0 nach J/ψ KS Signal-Kandidaten durchgeführt, der einer integrierten Luminosität von 3.0 fb-1 entspricht und bei Schwerpunktsenergien von 7 und 8 TeV am LHCb-Experiment aufgenommen wurde. Mit S(J/ψ KS) = -0.731 ± 0.035 (stat) ± 0.020 (syst), C(J/ψ KS) = -0.038 ± 0.032 (stat) ± 0.005 (syst), wurden die CP-Observablen mit einer Genauigkeit gemessen, die weltweit bisher an keinem anderen hadronischen Beschleuniger erreicht werden konnte. Unter der Annahme von C(J/ψ KS) = 0 folgt S(J/ψ KS) = sin(2β) = 0.746 ± 0.030 (stat). Die Ergebnisse sind von ähnlicher Präzision wie bisherige Messungen an den B-Fabriken Babar und Belle und sind bestens vereinbar mit diesen und Erwartungen aus Messungen von anderen CKM-Matrix-Parametern.