Observation of the Λ b 0 → J / ψ Ξ - K + decay
File(s)s10052-024-13114-9.pdf (22.34 MB)
Published version
Author(s)
Type
Journal Article
Abstract
<jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>Using proton–proton collision data corresponding to an integrated luminosity of <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$140\hbox { fb}^{-1}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mn>140</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:msup>
<mml:mtext>fb</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> collected by the CMS experiment at <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\sqrt{s}= 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msqrt>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>13</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mtext>Te</mml:mtext>
<mml:mspace/>
<mml:mtext>V</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Ξ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decay is observed for the first time, with a statistical significance exceeding 5 standard deviations. The relative branching fraction, with respect to the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decay, is measured to be <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} )/\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} ) = [3.38\pm 1.02\pm 0.61\pm 0.03]\%$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Ξ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mn>3.38</mml:mn>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1.02</mml:mn>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.61</mml:mn>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.03</mml:mn>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, where the first uncertainty is statistical, the second is systematic, and the third is related to the uncertainties in <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\mathcal {B}({{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\uppi }} ^{{+}}} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\mathcal {B}({{{\Xi }} ^{{-}}} \rightarrow {{\Lambda }} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Ξ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>.</jats:p>
<mml:mrow>
<mml:mn>140</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:msup>
<mml:mtext>fb</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> collected by the CMS experiment at <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\sqrt{s}= 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msqrt>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>13</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mtext>Te</mml:mtext>
<mml:mspace/>
<mml:mtext>V</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Ξ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decay is observed for the first time, with a statistical significance exceeding 5 standard deviations. The relative branching fraction, with respect to the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decay, is measured to be <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} )/\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} ) = [3.38\pm 1.02\pm 0.61\pm 0.03]\%$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Ξ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mn>3.38</mml:mn>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1.02</mml:mn>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.61</mml:mn>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.03</mml:mn>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, where the first uncertainty is statistical, the second is systematic, and the third is related to the uncertainties in <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\mathcal {B}({{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\uppi }} ^{{+}}} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>S</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\mathcal {B}({{{\Xi }} ^{{-}}} \rightarrow {{\Lambda }} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Ξ</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mi>Λ</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>π</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>.</jats:p>
Date Issued
2024-10-15
Date Acceptance
2024-07-08
Citation
European Physical Journal C: Particles and Fields, 2024, 84 (10)
ISSN
1124-1861
Publisher
SpringerOpen
Journal / Book Title
European Physical Journal C: Particles and Fields
Volume
84
Issue
10
Copyright Statement
© CERN for the benefit of the CMS collaboration 2024. This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the article’s Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. Funded by SCOAP3.
License URL
Identifier
https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-024-13114-9
Publication Status
Published
Article Number
ARTN 1062