Observation of the Mass Difference between Neutral Charm-Meson Eigenstates

Aaij, R.; Beteta, C. A.; Ackernley, T.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Afsharnia, H.; Aidala, C. A.; Aiola, S.; Ajaltouni, Z.; Akar, S.; Albrecht, J.; Alessio, F.; Alexander, M.; Albero, A. A.; Aliouche, Z.; Alkhazov, G.; Cartelle, P. A.; 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.; Rodriguez, P. B.; Balagura, V.; Baldini, W.; Leite, J. B.; 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, I.; Bhasin, S.; Bhom, J.; Bian, L.; Bieker, M. S.; Bifani, S.; Billoir, P.; Birch, M.; Bishop, F. C. R.; Bitadze, A.; Bizzeti, A.; Bjorn, M.; Blago, M. P.; Blake, T.; Blanc, F.; Blusk, S.; Bobulska, D.; Boelhauve, J. A.; Garcia, O. B.; 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.; Rodriguez, A. B.; Brodski, M.; Brodzicka, J.; Gonzalo, A. B.; 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.; Diaz, L. C.; Cali, S.; Calladine, R.; Calvi, M.; Gomez, M. C.; Magalhaes, P. C.; Campana, P.; Quezada, A. F. C.; Capelli, S.; Capriotti, L.; Carbone, A.; Carboni, G.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carli, I.; Carniti, P.; Carus, L.; Akiba, K. C.; Vidal, A. C.; Casse, G.; Cattaneo, M.; Cavallero, G.; Celani, S.; Cerasoli, J.; Chadwick, A. J.; Chapman, M. G.; Charles, M.; Charpentier, P.; Chatzikonstantinidis, G.; Barajas, C. A. C.; Chefdeville, M.; Chen, C.; Chen, S.; Chernov, A.; Chobanova, V.; Cholak, S.; Chrzaszcz, M.; Chubykin, A.; Chulikov, V.; Ciambrone, P.; Cicala, M. F.; Vidal, X. C.; 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.; Sobral, C. M. C.; Couturier, B.; Craik, D. C.; Crkovska, J.; Torres, M. C.; Currie, R.; Da Silva, C. L.; Dadabaev, S.; Dall'Occo, E.; Dalseno, J.; D'Ambrosio, C.; Danilina, A.; D'Argent, P.; Davis, A.; Francisco, O. D. A.; 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.; Maronas, L. D.; 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.; Feo, M.; Prieto, A. F.; Arribas, J. M. F. -T.; Fernez, A. D.; Ferrari, F.; Lopes, L. F.; Rodrigues, F. F.; Sole, S. F.; 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.; Lima, V. F.; Sevilla, M. F.; Frank, M.; Franzoso, E.; Frau, G.; Frei, C.; Friday, D. A.; Fu, J.; Fuehring, Q.; Funk, W.; Gabriel, E.; Gaintseva, T.; Torreira, A. G.; Galli, D.; Gambetta, S.; Gan, Y.; Gandelman, M.; Gandini, P.; Gao, Y.; Garau, M.; Martin, L. M. G.; Moreno, P. G.; Pardinas, J. G.; Plana, B. G.; Rosales, F. A. G.; Garrido, L.; Gaspar, C.; Geertsema, R. E.; Gerick, D.; Gerken, L. L.; Gersabeck, E.; Gersabeck, M.; Gershon, T.; Gerstel, D.; Ghez, P.; Gibson, V.; Giemza, H. K.; Giovannetti, M.; Gioventu, A.; Gironell, P. G.; Giubega, L.; Giugliano, C.; Gizdov, K.; Gkougkousis, E. L.; Gligorov, V. V.; Gobel, C.; Golobardes, E.; Golubkov, D.; Golutvin, A.; Gomes, A.; Fernandez, S. G.; Abrantes, F. G.; Goncerz, M.; Gong, G.; Gorbounov, P.; Gorelov, I. V.; Gotti, C.; Govorkova, E.; Grabowski, J. P.; Grammatico, T.; Cardoso, L. A. G.; Grauges, E.; Graverini, E.; Graziani, G.; Grecu, A.; Greeven, L. M.; Griffith, P.; Grillo, L.; Gromov, S.; Cazon, B. R. G.; Gu, C.; Guarise, M.; Gunther, 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.; Lefevre, 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.; Castro, J. L.; Longstaff, I.; Lopes, J. H.; Lovell, G. H.; Lu, Y.; Lucchesi, D.; Luchuk, S.; Martinez, M. L.; 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.; Mohan, L. R. M.; 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.; Benito, C. M.; Marinangeli, M.; Marks, J.; Marshall, A. M.; Marshall, P. J.; Martellotti, G.; Martinazzoli, L.; Martinelli, M.; Santos, D. M.; Vidal, F. M.; 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.; Garcia, L. M.; Mikhasenko, M.; Milanes, D. A.; Millard, E.; Milovanovic, M.; Minard, M. -N.; Minotti, A.; Minzoni, L.; Mitchell, S. E.; Mitreska, B.; Mitzel, D. S.; Modden, A.; Mohammed, R. A.; Moise, R. D.; Mombacher, 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.; Muller, D.; Muller, 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.; Goicochea, J. M. O.; 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.; Altarelli, M. P.; 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.; K. R. P.,; Placinta, V.; Plews, J.; Casasus, M. P.; Polci, F.; Lener, M. P.; 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.; Trejo, R. I. R.; Rachwal, B.; Rademacker, J. H.; Rama, M.; Pernas, M. R.; Rangel, M. S.; Ratnikov, F.; Raven, G.; Reboud, M.; Redi, F.; Reiss, F.; Alepuz, C. R.; Ren, Z.; Renaudin, V.; Ribatti, R.; Ricciardi, S.; Rinnert, K.; Robbe, P.; Robertson, G.; Rodrigues, A. B.; Rodrigues, E.; Lopez, J. A. R.; Rollings, A.; Roloff, P.; Romanovskiy, V.; Lamas, M. R.; Vidal, A. R.; Roth, J. D.; Rotondo, M.; Rudolph, M. S.; Ruf, T.; Vidal, J. R.; Ryzhikov, A.; Ryzka, J.; Silva, J. J. S.; Sagidova, N.; Sahoo, N.; Saitta, B.; Salomoni, M.; Gonzalo, D. S.; Gras, C. S.; Santacesaria, R.; Rios, C. S.; Santimaria, M.; Santovetti, E.; Saranin, D.; Sarpis, G.; Sarpis, M.; Sarti, A.; Satriano, C.; Satta, A.; Saur, M.; Savrina, D.; Sazak, H.; Smead, L. G. S.; 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.; Soares, M. S.; 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.; Coutinho, R. S.; 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.; Lavra, L. S.; Sokoloff, M. D.; Soler, F. J. P.; Solovev, A.; Solovyev, I.; De Almeida, F. L. S.; De Paula, B. S.; Spaan, B.; Norella, E. S.; 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.; Machado, D. T.; 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.; Canudas, N. V.; Van Beuzekom, M.; Van Dijk, M.; Van Herwijnen, E.; Van Hulse, C. B.; Van Veghel, M.; Gomez, R. V.; Regueiro, P. V.; Sierra, C. V.; Vecchi, S.; Velthuis, J. J.; Veltri, M.; Venkateswaran, A.; Veronesi, M.; Vesterinen, M.; Vieira, D.; Diaz, M. V.; Viemann, H.; Vilasis-Cardona, X.; Figueras, E. V.; Villa, A.; Vincent, P.; Bruch, D. V.; 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→KS0π+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 xCP=[3.97±0.46(stat)±0.29(syst)]×10-3 and yCP=[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.