Improvement of the LHCb measurement of sin(𝟮𝞫) in additional 𝘽𝟬 decay modes

Abstract

This thesis presents the measurement of decay-time-dependent 𝐶𝑃 violation in the decays of 𝐵0 → 𝜓(2𝑆)𝐾S0 and 𝐵0 → 𝐽/𝜓𝐾S0 using data collected with the LHCb experiment in 𝑝𝑝 collisions at centre-of-mass energies of 7 TeV and 8 TeV, corresponding to a total integrated luminosity of 3 fb−1. In both considered decay modes, the 𝐾S0 meson is reconstructed from two charged pions, while the 𝜓(2𝑆) meson is reconstructed from two muons, whereas the 𝐽/𝜓 meson is reconstructed from two electrons. This kind of decays makes it possible to measure the 𝐶𝑃-violation observables 𝑆 and 𝐶 to be 𝑆(𝐵0 → 𝜓(2𝑆)𝐾S0) = 0.84 ± 0.10 ± 0.01 , 𝐶(𝐵0 → 𝜓(2𝑆)𝐾S0) = − 0.05 ± 0.10 ± 0.01 , 𝑆(𝐵0→𝐽/𝜓𝐾S0)= 0.83±0.08±0.01, 𝐶(𝐵0→𝐽/𝜓𝐾S0)= 0.12±0.07±0.02, where the first uncertainties are statistical and the second are systematic. The results for both decay modes are compatible with each other and with the previous LHCb measurement using 𝐵0 → 𝐽/𝜓 𝐾S0 decays, where the 𝐽/𝜓 meson is reconstructed from two muons. An average of all LHCb measurements of 𝐵0 → [𝑐𝑐]𝐾S0 decays, under the assumption, that higher-order contributions to the decay amplitudes are negligible, results in 𝑆(𝐵0 → [𝑐𝑐]𝐾S0) = 0.760 ± 0.034 , 𝐶(𝐵0 → [𝑐𝑐]𝐾S0) = −0.017 ± 0.029 , where the uncertainties include statistical and systematic contributions. The presented measurement enhances the precision of 𝑆 at LHCb by 20 % and also improves the world average.Diese Arbeit stellt die Messung der zerfallszeitabhängigen 𝐶𝑃-Verletzung in den Zerfällen 𝐵0→ 𝜓(2𝑆)𝐾S0 und𝐵0→ 𝐽/𝜓𝐾S0 vor, unter Verwendung von Daten des LHCb-Experiments, die in 𝑝𝑝-Kollisionen bei Schwerpunktsenergien von 7 TeV und 8 TeV aufgenommen wur- den, was einer integrierten Luminosität von 3 fb−1 entspricht. In den beiden betrachteten Zerfallskanälen wird das 𝐾S0-Meson aus zwei geladenen Pionen rekonstruiert, während das 𝜓(2𝑆)-Meson aus zwei Myonen rekonstruiert wird, wohingegen das 𝐽/𝜓-Meson aus zwei Elektronen rekonstruiert wird. Diese Art von Zerfällen ermöglicht es die 𝐶𝑃-Verletzungsobservablen 𝑆 und 𝐶 sehr präzise zu folgenden Werten 𝑆(𝐵0 → 𝜓(2𝑆)𝐾S0) = 0.84 ± 0.10 ± 0.01 , 𝐶(𝐵0 → 𝜓(2𝑆)𝐾S0) = − 0.05 ± 0.10 ± 0.01 , 𝑆(𝐵0→𝐽/𝜓𝐾S0)= 0.83±0.08±0.01, 𝐶(𝐵0→𝐽/𝜓𝐾S0)= 0.12±0.07±0.02, zu bestimmen. Dabei sind die ersten Unsicherheiten statistisch und die zweiten system- atisch. Die Ergebnisse beider Zerfallskanäle sind sowohl untereinander kompatibel, als auch mit dem Ergebnis einer früheren LHCb-Messung in dem Zerfallskanal 𝐵0 → 𝐽/𝜓𝐾S0, bei dem das 𝐽/𝜓-Meson aus zwei Myonen rekonstruiert wurde. Eine Kombination aller LHCb-Messungen, die 𝐵0 → [𝑐𝑐]𝐾S0-Zerfälle betrachtet haben, wird unter der Annahme ermittelt, dass Beiträge höherer Ordnung zu den Zerfallsamplituden zu vernachlässigen sind. Das Ergebnis ist 𝑆(𝐵0 → [𝑐𝑐]𝐾S0) = 0.760 ± 0.034 , 𝐶(𝐵0 → [𝑐𝑐]𝐾S0) = −0.017 ± 0.029 , dabei beinhalten die Unsicherheiten sowohl statistische als auch systematische Beiträge. Die vorgestellte Messungen verbessert die Präzision auf den Parameter 𝑆 bei LHCb um 20 % und verringert die Unsicherheit des Weltmittelwerts.