# Measurement of the mass difference between neutral charm-meson   eigenstates

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

arXiv: 1903.03074 · 2019-06-19

## TL;DR

This paper presents a highly precise measurement of the mass difference between neutral charm-meson eigenstates using a large dataset from the LHCb experiment, providing evidence for their mass difference and testing CP symmetry.

## Contribution

It introduces a novel approach to measure the mass difference with unprecedented precision, confirming the mass eigenstates differ in mass.

## Key findings

- Measured the normalized mass difference x_CP with high precision.
- Found results consistent with CP symmetry.
- Provided the first evidence of mass difference between charm-meson eigenstates.

## Abstract

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 $2.3\times 10^6$ $D^0\to K_S^0\pi^+\pi^-$ 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 $x_{CP} = \left[2.7\pm1.6\text{(stat)}\pm0.4\text{(syst)}\right]\times10^{-3}$ and the $CP$-violating parameter $\Delta x = \left[-0.53\pm0.70\text{(stat)}\pm0.22\text{(syst)}\right]\times10^{-3}$. 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.

## Full text

_Full body text omitted from this summary view._ Fetch the complete paper as Markdown: https://tomesphere.com/paper/1903.03074/full.md

## Figures

10 figures with captions in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1903.03074/full.md

## References

22 references — full list in the complete paper: https://tomesphere.com/paper/1903.03074/full.md

---
Source: https://tomesphere.com/paper/1903.03074