Precision measurement of the B0 meson lifetime using B0→J/ψK∗0 decays with the ATLAS detector
Loading...
Citations
Scopus:
Altmetric:
Altmetric::
Download
Associated Records
Authors
File Licence
Editors
Date
2025-07-01
Source Title
European Physical Journal C
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Springer Science and Business Media LLC
Melbourne Authors
Affiliation
School of Physics
Document Type
Journal Article
Subject Code
Citation
Zwalinski, L., Zou, W., Zormpa, O., Zorbas, T. G., Zoch, K., Zoccoli, A., Živković, L., Ziolkowski, M., Zinsser, J., Zimine, N. I., Zhukov, K., Zhuang, X., Zhu, Y., Zhu, Y., Zhu, X., Zhu, J., Zhu, C. G., Zhou, Y., Zhou, Y. ,... Yang, X. (2025). Precision measurement of the B0 meson lifetime using B0→J/ψK∗0 decays with the ATLAS detector. European Physical Journal C, 85 (7), pp.736-. https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-025-14232-8.
Access Status
Access URL
Open Access URL
Published Version
Open Access at PMC
Linked Resource URL
NHMRC Grant Code
ARC Grant Code
Description
Abstract
Abstract
A measurement of the
$$B^{0}$$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:math>
meson lifetime using
$$ B^{0} \rightarrow J/\psi K^{*0} $$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
<mml:mmultiscripts>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow/>
<mml:mrow>
<mml:mrow/>
<mml:mo>∗</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mmultiscripts>
</mml:mrow>
</mml:math>
decays in data from 13
$$\text {TeV}$$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mtext>TeV</mml:mtext>
</mml:math>
proton–proton collisions with an integrated luminosity of
$$ 140~\mathrm {fb^{-1}} $$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mn>140</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:msup>
<mml:mi>fb</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
recorded by the ATLAS detector at the LHC is presented. The measured effective lifetime is
$$ \tau = 1.5053\pm 0.0012~\mathrm {(stat.)} \pm 0.0035~\mathrm {(syst.)~ps}. $$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mi>τ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1.5053</mml:mn>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.0012</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>stat</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.0035</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>syst</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
<mml:mspace/>
<mml:mi>ps</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
The average decay width extracted from the effective lifetime, using parameters from external sources, is
$$\begin{aligned} \Gamma _d = 0.6639\pm 0.0005~\mathrm {(stat.)} \pm 0.0016~\mathrm {(syst.)}\\ \pm 0.0038~\text {(ext.)} \text {~ps}^{-1}, \end{aligned}$$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Γ</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.6639</mml:mn>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.0005</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>stat</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.0016</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>syst</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow/>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.0038</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mtext>(ext.)</mml:mtext>
<mml:mspace/>
<mml:msup>
<mml:mtext>ps</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
where the uncertainties are statistical, systematic and from external sources. The earlier ATLAS measurement of
$$\Gamma _s$$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:msub>
<mml:mi>Γ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:math>
in the
$$B^{0}_{s} \rightarrow J/\psi \phi $$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>ψ</mml:mi>
<mml:mi>ϕ</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
decay was used to derive a value for the ratio of the average decay widths
$$\Gamma _d$$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:msub>
<mml:mi>Γ</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:math>
and
$$\Gamma _s$$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:msub>
<mml:mi>Γ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:math>
for
$$B^{0} $$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:math>
and
$$B^{0}_{s} $$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:math>
mesons respectively, of
$$ \frac{\Gamma _d }{\Gamma _s } = 0.9905\pm 0.0022~\text {(stat.)} \pm 0.0036~\text {(syst.)} \pm 0.0057~\text {(ext.)}. $$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>Γ</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>Γ</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.9905</mml:mn>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.0022</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mtext>(stat.)</mml:mtext>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.0036</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mtext>(syst.)</mml:mtext>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>0.0057</mml:mn>
<mml:mspace/>
<mml:mtext>(ext.)</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
The measured lifetime, average decay width and decay width ratio are in agreement with theoretical predictions and with measurements by other experiments. This measurement provides the most precise result of the effective lifetime of the
$$B^{0}$$
<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:math>
meson to date.