Measurement of the Mass Difference between Neutral Charm-Meson Eigenstates

Aaij, R.; Abellán Beteta, C.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Aidala, C. A.; Ajaltouni, Z.; Akar, S.; Albicocco, P.; Albrecht, J.; Alessio, F.; Alexander, M.; Alfonso Albero, A.; Alkhazov, G.; Alvarez Cartelle, P.; Alves, A. A.; J, R.; Amato, S.; Amhis, Y.; An, L.; Anderlini, L.; Andreassi, G.; Andreotti, M.; Andrews, J. E.; Archilli, F.; Arnau Romeu, J.; Artamonov, A.; Artuso, M.; Arzymatov, K.; Aslanides, E.; Atzeni, M.; Audurier, B.; Bachmann, S.; Back, J. J.; Baker, S.; Balagura, V.; Baldini, W.; Baranov, A.; Barlow, R. J.; Barrand, G. C.; Barsuk, S.; Barter, W.; Bartolini, M.; Baryshnikov, F.; Batozskaya, V.; Batsukh, B.; Battig, A.; Battista, V.; Bay, A.; Bedeschi, F.; Bediaga, I.; Beiter, A.; Bel, L. J.; Belin, S.; Beliy, N.; Bellee, V.; Belloli, N.; Belous, K.; Belyaev, I.; Bencivenni, G.; Ben-Haim, E.; Benson, S.; Beranek, S.; Berezhnoy, A.; Bernet, R.; Berninghoff, D.; Bertholet, E.; Bertolin, A.; Betancourt, C.; Betti, F.; Bettler, M. O.; Bezshyiko, I.; Bhasin, S.; Bhom, J.; Bieker, M. S.; Bifani, S.; Billoir, P.; Birnkraut, A.; Bizzeti, A.; Bjørn, M.; Blago, M. P.; Blake, T.; Blanc, F.; Blusk, S.; Bobulska, D.; Bocci, V.; Boente Garcia, O.; Boettcher, T.; Bondar, A.; Bondar, N.; Borghi, S.; Borisyak, M.; Borsato, M.; Boubdir, M.; Bowcock, T. J. V.; Bozzi, C.; Braun, S.; Brodski, M.; Brodzicka, J.; Brossa Gonzalo, A.; Brundu, D.; Buchanan, E.; Buonaura, A.; Burr, C.; Bursche, A.; Buytaert, J.; Byczynski, W.; Cadeddu, S.; Cai, H.; Calabrese, R.; Calladine, R.; Calvi, M.; Calvo Gomez, M.; Camboni, A.; Campana, P.; Campora Perez, D. H.; Capriotti, L.; Carbone, A.; Carboni, G.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carniti, P.; Carvalho Akiba, K.; Casse, G.; Cattaneo, M.; Cavallero, G.; Cenci, R.; Chamont, D.; Chapman, M. G.; Charles, M.; Charpentier, P.; Chatzikonstantinidis, G.; Chefdeville, M.; Chekalina, V.; Chen, C.; Chen, S.; Chitic, S. -G.; Chobanova, V.; Chrzaszcz, M.; Chubykin, A.; Ciambrone, P.; Cid Vidal, X.; Ciezarek, G.; Cindolo, F.; Clarke, P. E. L.; Clemencic, M.; Cliff, H. V.; Closier, J.; Coco, V.; Coelho, J. A. B.; Cogan, J.; Cogneras, E.; Cojocariu, L.; Collins, P.; Colombo, T.; Comerma-Montells, A.; Contu, A.; Coombs, G.; Coquereau, S.; Corti, G.; Costa Sobral, C. M.; Couturier, B.; Cowan, G. A.; Craik, D. C.; Crocombe, A.; Cruz Torres, M.; Currie, R.; Da Silva, C. L.; 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, P.; De Vries, J. A.; Dean, C. T.; Dean, W.; Decamp, D.; Del Buono, L.; Delaney, B.; Dembinski, H. -P.; Demmer, M.; Dendek, A.; Derkach, D.; Deschamps, O.; Desse, F.; Dettori, F.; Dey, B.; Di Canto, A.; Di Nezza, P.; Didenko, S.; Dijkstra, H.; Dordei, F.; Dorigo, M.; Dos Reis, A. C.; Dosil Suárez, A.; Douglas, L.; Dovbnya, A.; Dreimanis, K.; Dufour, L.; Dujany, G.; Durante, P.; Durham, J. M.; Dutta, D.; Dzhelyadin, R.; Dziewiecki, M.; Dziurda, A.; Dzyuba, A.; Easo, S.; Egede, U.; Egorychev, V.; Eidelman, S.; Eisenhardt, S.; Eitschberger, U.; Ekelhof, R.; Eklund, L.; Ely, S.; Ene, A.; Escher, S.; Esen, S.; Evans, T.; Falabella, A.; Färber, C.; Farley, N.; Farry, S.; Fazzini, D.; Féo, M.; Fernandez Declara, P.; Fernandez Prieto, A.; Ferrari, F.; Ferreira Lopes, L.; Ferreira Rodrigues, F.; Ferreres Sole, S.; Ferro-Luzzi, M.; Filippov, S.; Fini, R. A.; Fiorini, M.; Firlej, M.; Fitzpatrick, C.; Fiutowski, T.; Fleuret, F.; Fontana, M.; Fontanelli, F.; Forty, R.; Franco Lima, V.; Frank, M.; Frei, C.; Fu, J.; Funk, W.; Gabriel, E.; Gallas Torreira, A.; Galli, D.; Gallorini, S.; Gambetta, S.; Gan, Y.; Gandelman, M.; Gandini, P.; Gao, Y.; Garcia Martin, L. M.; García Pardiñas, J.; Garcia Plana, B.; Garra Tico, J.; Garrido, L.; Gascon, D.; Gaspar, C.; Gazzoni, G.; Gerick, D.; Gersabeck, E.; Gersabeck, M.; Gershon, T.; Gerstel, D.; Ghez, P.; Gibson, V.; Girard, O. G.; Gironella Gironell, P.; Giubega, L.; Gizdov, K.; Gligorov, V. V.; Göbel, C.; Golubkov, D.; Golutvin, A.; Gomes, A.; Gorelov, I. V.; Gotti, C.; Govorkova, E.; Grabowski, J. P.; Graciani Diaz, R.; Granado Cardoso, L. A.; Graugés, E.; Graverini, E.; Graziani, G.; Grecu, A.; Greim, R.; Griffith, P.; Grillo, L.; Gruber, L.; Gruberg Cazon, B. R.; Gu, C.; Gushchin, E.; Guth, A.; Guz, Y.; Gys, T.; Hadavizadeh, T.; Hadjivasiliou, C.; Haefeli, G.; Haen, C.; Haines, S. C.; Hamilton, B.; Han, X.; Hancock, T. H.; Hansmann-Menzemer, S.; Harnew, N.; Harrison, T.; Hasse, C.; Hatch, M.; He, J.; Hecker, M.; Heinicke, K.; Heister, A.; Hennessy, K.; Henry, L.; Heß, M.; Heuel, J.; Hicheur, A.; Hidalgo Charman, R.; Hill, D.; Hilton, M.; Hopchev, P. H.; Hu, J.; Hu, W.; Huang, W.; Huard, Z. C.; Hulsbergen, W.; Humair, T.; Hushchyn, M.; Hutchcroft, D.; Hynds, D.; Ibis, P.; Idzik, M.; Ilten, P.; Inglessi, A.; Inyakin, A.; Ivshin, K.; Jacobsson, R.; Jakobsen, S.; Jalocha, J.; Jans, E.; Jashal, B. K.; Jawahery, A.; Jiang, F.; John, M.; Johnson, D.; Jones, C. R.; Joram, C.; Jost, B.; Jurik, N.; Kandybei, S.; Karacson, M.; Kariuki, J. M.; Karodia, S.; Kazeev, N.; Kecke, M.; Keizer, F.; Kelsey, M.; Kenzie, M.; Ketel, T.; Khanji, B.; Kharisova, A.; Khurewathanakul, C.; Kim, K. E.; Kirn, T.; Kirsebom, V. S.; Klaver, S.; Klimaszewski, K.; Koliiev, S.; Kolpin, M.; Kopecna, R.; Koppenburg, P.; Kostiuk, I.; Kotriakhova, S.; Kozeiha, M.; Kravchuk, L.; Kreps, M.; Kress, F.; Kretzschmar, S.; Krokovny, P.; Krupa, W.; Krzemien, W.; Kucewicz, W.; Kucharczyk, M.; Kudryavtsev, V.; Kuonen, A. K.; Kvaratskheliya, T.; Lacarrere, D.; Lafferty, G.; Lai, A.; Lancierini, D.; Lanfranchi, G.; Langenbruch, C.; Latham, T.; Lazzeroni, C.; Le Gac, R.; Lefèvre, R.; Leflat, A.; Lemaitre, F.; Leroy, O.; Lesiak, T.; Leverington, B.; Li, H.; P. -R., Li; Li, Y.; Li, Z.; Liang, X.; Likhomanenko, T.; Lindner, R.; Lionetto, F.; Lisovskyi, V.; Liu, G.; Liu, X.; Loh, D.; Loi, A.; Longstaff, I.; Lopes, J. H.; Loustau, G.; Lovell, G. H.; Lucchesi, D.; Lucio Martinez, M.; Luo, Y.; Lupato, A.; Luppi, E.; Lupton, O.; Lusiani, A.; Lyu, X.; Machefert, F.; Maciuc, F.; Macko, V.; Mackowiak, P.; Maddrell-Mander, S.; Maev, O.; Maguire, K.; Maisuzenko, D.; Majewski, M. W.; Malde, S.; Malecki, B.; Malinin, A.; Maltsev, T.; Malygina, H.; Manca, G.; Mancinelli, G.; Marangotto, D.; Maratas, J.; Marchand, J. F.; Marconi, U.; Marin Benito, C.; Marinangeli, M.; Marino, P.; Marks, J.; Marshall, P. J.; Martellotti, G.; 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.; Maurin, B.; Mccann, M.; Mcnab, A.; Mcnulty, R.; Mead, J. V.; Meadows, B.; Meaux, C.; Meinert, N.; Melnychuk, D.; Merk, M.; Merli, A.; Michielin, E.; Milanes, D. A.; Millard, E.; Minard, M. -N.; Minzoni, L.; Mitzel, D. S.; Mödden, A.; Mogini, A.; Moise, R. D.; Mombächer, T.; Monroy, I. A.; Monteil, S.; Morandin, M.; Morello, G.; Morello, M. J.; Moron, J.; Morris, A. B.; Mountain, R.; Muheim, F.; Mukherjee, M.; Mulder, M.; Müller, D.; Müller, J.; Müller, K.; Müller, V.; Murphy, C. H.; Murray, D.; Naik, P.; Nakada, T.; Nandakumar, R.; Nandi, A.; Nanut, T.; Nasteva, I.; Needham, M.; Neri, N.; Neubert, S.; Neufeld, N.; Newcombe, R.; Nguyen, T. D.; Nguyen-Mau, C.; Nieswand, S.; Niet, R.; Nikitin, N.; Nolte, N. S.; Oblakowska-Mucha, A.; Obraztsov, V.; Ogilvy, S.; O'Hanlon, D. P.; Oldeman, R.; Onderwater, C. J. G.; Osborn, J. D.; Ossowska, A.; Otalora Goicochea, J. M.; Ovsiannikova, T.; Owen, P.; Oyanguren, A.; Pais, P. R.; Pajero, T.; Palano, A.; Palutan, M.; Panshin, G.; Papanestis, A.; Pappagallo, M.; Pappalardo, L. L.; Parker, W.; Parkes, C.; Passaleva, G.; Pastore, A.; Patel, M.; Patrignani, C.; Pearce, A.; Pellegrino, A.; Penso, G.; Pepe Altarelli, M.; Perazzini, S.; Pereima, D.; Perret, P.; Pescatore, L.; Petridis, K.; Petrolini, A.; Petrov, A.; Petrucci, S.; Petruzzo, M.; Pietrzyk, B.; Pietrzyk, G.; Pikies, M.; Pili, M.; Pinci, D.; Pinzino, J.; Pisani, F.; Piucci, A.; Placinta, V.; Playfer, S.; 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, A.; Popov, D.; Poslavskii, S.; Price, E.; Prouve, C.; Pugatch, V.; Puig Navarro, A.; Pullen, H.; Punzi, G.; Qian, W.; Qin, J.; Quagliani, R.; Quintana, B.; Raab, N. V.; Rachwal, B.; Rademacker, J. H.; Rama, M.; Ramos Pernas, M.; Rangel, M. S.; Ratnikov, F.; Raven, G.; Ravonel Salzgeber, M.; Reboud, M.; Redi, F.; Reichert, S.; Reiss, F.; Remon Alepuz, C.; Ren, Z.; Renaudin, V.; Ricciardi, S.; Richards, S.; Rinnert, K.; Robbe, P.; Robert, A.; Rodrigues, A. B.; Rodrigues, E.; Rodriguez Lopez, J. A.; Roehrken, M.; Roiser, S.; Rollings, A.; Romanovskiy, V.; Romero Vidal, A.; Roth, J. D.; Rotondo, M.; Rudolph, M. S.; Ruf, T.; Ruiz Vidal, J.; Saborido Silva, J. J.; Sagidova, N.; Saitta, B.; Salustino Guimaraes, V.; Sanchez Gras, C.; Sanchez Mayordomo, C.; Sanmartin Sedes, B.; Santacesaria, R.; Santamarina Rios, C.; Santimaria, M.; Santovetti, E.; Sarpis, G.; Sarti, A.; Satriano, C.; Satta, A.; Saur, M.; Savrina, D.; Schael, S.; Schellenberg, M.; Schiller, M.; Schindler, H.; Schmelling, M.; Schmelzer, T.; Schmidt, B.; Schneider, O.; Schopper, A.; Schreiner, H. F.; Schubiger, M.; Schulte, S.; Schune, M. H.; Schwemmer, R.; Sciascia, B.; Sciubba, A.; Semennikov, A.; Sepulveda, E. S.; Sergi, A.; Serra, N.; Serrano, J.; Sestini, L.; Seuthe, A.; Seyfert, P.; Shapkin, M.; Shears, T.; Shekhtman, L.; Shevchenko, V.; Shmanin, E.; Siddi, B. G.; Silva Coutinho, R.; Silva De Oliveira, L.; Simi, G.; Simone, S.; Skiba, I.; Skidmore, N.; Skwarnicki, T.; Slater, M. W.; Smeaton, J. G.; Smith, E.; Smith, I. T.; Smith, M.; Soares, M.; Soares Lavra, L.; Sokoloff, M. D.; Soler, F. J. P.; Souza De Paula, B.; Spaan, B.; Spadaro Norella, E.; Spradlin, P.; Stagni, F.; Stahl, M.; Stahl, S.; Stefko, P.; Stefkova, S.; Steinkamp, O.; Stemmle, S.; Stenyakin, O.; Stepanova, M.; Stevens, H.; Stocchi, A.; Stone, S.; Stracka, S.; Stramaglia, M. E.; Straticiuc, M.; Straumann, U.; Strokov, S.; Sun, J.; Sun, L.; Sun, Y.; Swientek, K.; Szabelski, A.; Szumlak, T.; Szymanski, M.; Tang, Z.; Tekampe, T.; Tellarini, G.; Teubert, F.; Thomas, E.; Tilley, M. J.; Tisserand, V.; T'Jampens, S.; Tobin, M.; Tolk, S.; Tomassetti, L.; Tonelli, D.; Tou, D. Y.; Tourinho Jadallah Aoude, R.; Tournefier, E.; Traill, M.; Tran, M. T.; Trisovic, A.; Tsaregorodtsev, A.; Tuci, G.; Tully, A.; Tuning, N.; Ukleja, A.; Usachov, A.; Ustyuzhanin, A.; Uwer, U.; Vagner, A.; Vagnoni, V.; Valassi, A.; Valat, S.; Valenti, G.; Van Beuzekom, M.; Van Herwijnen, E.; Van Hulse, C. B.; Van Tilburg, J.; Van Veghel, M.; Vazquez Gomez, R.; Vazquez Regueiro, P.; Vázquez Sierra, C.; Vecchi, S.; Velthuis, J. J.; Veltri, M.; Venkateswaran, A.; Vernet, M.; Veronesi, M.; Vesterinen, M.; Viana Barbosa, J. V.; Vieira, D.; Vieites Diaz, M.; Viemann, H.; Vilasis-Cardona, X.; Vitkovskiy, A.; Vitti, M.; Volkov, V.; Vollhardt, A.; Vom Bruch, D.; Voneki, B.; Vorobyev, A.; Vorobyev, V.; Voropaev, N.; Waldi, R.; Walsh, J.; Wang, J.; Wang, M.; Wang, Y.; Wang, Z.; Ward, D. R.; Wark, H. M.; Watson, N. K.; Websdale, D.; Weiden, A.; Weisser, C.; Whitehead, M.; Wilkinson, G.; Wilkinson, M.; Williams, I.; Williams, M.; Williams, M. R. J.; Williams, T.; Wilson, F. F.; Winn, M.; Wislicki, W.; Witek, M.; Wormser, G.; Wotton, S. A.; Wyllie, K.; Xiao, D.; Xie, Y.; Xing, H.; Xu, A.; Xu, M.; Xu, Q.; Xu, Z.; Xu, Z.; Yang, Z.; Yang, Z.; Yao, Y.; Yeomans, L. E.; Yin, H.; Yu, J.; Yuan, X.; Yushchenko, O.; Zarebski, K. A.; Zavertyaev, M.; Zeng, M.; Zhang, D.; Zhang, L.; Zhang, W. C.; Zhang, Y.; Zhelezov, A.; Zheng, Y.; Zhu, X.; Zhukov, V.; Zonneveld, J. B.; Zucchelli, S. (LHCb Collaboration)

doi:10.1103/PhysRevLett.122.231802

We report a measurement of the mass difference between neutral charm-meson eigenstates using a novel approach that enhances sensitivity to this parameter. We use 2.3×106 D0→KS0π+π- decays reconstructed in proton-proton collisions collected by the LHCb experiment in 2011 and 2012. Allowing for CP violation in mixing and in the interference between mixing and decay, we measure the CP-averaged normalized mass difference xCP=[2.7±1.6(stat)±0.4(syst)]×10-3 and the CP-violating parameter Δx=[-0.53±0.70(stat)±0.22(syst)]×10-3. The results are consistent with CP symmetry. These determinations are the most precise from a single experiment and, combined with current world-average results, yield the first evidence that the masses of the neutral charm-meson eigenstates differ.