학술논문
Novel method for the identification of the production flavor of neutral charmed mesons
Document Type
Working Paper
Author
Belle II Collaboration; Adachi, I.; Aggarwal, L.; Ahmed, H.; Aihara, H.; Akopov, N.; Aloisio, A.; Ky, N. Anh; Asner, D. M.; Atmacan, H.; Aushev, T.; Aushev, V.; Aversano, M.; Babu, V.; Bae, H.; Bahinipati, S.; Bambade, P.; Banerjee, Sw.; Barrett, M.; Baudot, J.; Bauer, M.; Baur, A.; Beaubien, A.; Becker, J.; Behera, P. K.; Bennett, J. V.; Bernlochner, F. U.; Bertacchi, V.; Bertemes, M.; Bertholet, E.; Bessner, M.; Bettarini, S.; Bhuyan, B.; Bianchi, F.; Bilka, T.; Biswas, D.; Bobrov, A.; Bodrov, D.; Bolz, A.; Bondar, A.; Borah, J.; Bozek, A.; Bračko, M.; Branchini, P.; Briere, R. A.; Browder, T. E.; Budano, A.; Bussino, S.; Campajola, M.; Cao, L.; Casarosa, G.; Cecchi, C.; Cerasoli, J.; Chang, M. -C.; Chang, P.; Cheaib, R.; Cheema, P.; Chekelian, V.; Cheon, B. G.; Chilikin, K.; Chirapatpimol, K.; Cho, H. -E.; Cho, K.; Cho, S. -J.; Choi, S. -K.; Choudhury, S.; Corona, L.; Cremaldi, L. M.; Das, S.; Dattola, F.; De La Cruz-Burelo, E.; De La Motte, S. A.; De Nardo, G.; De Nuccio, M.; De Pietro, G.; de Sangro, R.; Destefanis, M.; De Yta-Hernandez, A.; Dhamija, R.; Di Canto, A.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Doležal, Z.; Jiménez, I. Domínguez; Dong, T. V.; Dorigo, M.; Dort, K.; Dreyer, S.; Dubey, S.; Dujany, G.; Ecker, P.; Eliachevitch, M.; Feichtinger, P.; Ferber, T.; Ferlewicz, D.; Fillinger, T.; Finck, C.; Finocchiaro, G.; Fodor, A.; Forti, F.; Frey, A.; Fulsom, B. G.; Gabrielli, A.; Ganiev, E.; Garcia-Hernandez, M.; Gaudino, G.; Gaur, V.; Gaz, A.; Gellrich, A.; Ghevondyan, G.; Ghosh, D.; Giakoustidis, G.; Giordano, R.; Giri, A.; Gobbo, B.; Godang, R.; Goldenzweig, P.; Gradl, W.; Grammatico, T.; Granderath, S.; Graziani, E.; Greenwald, D.; Gruberová, Z.; Gu, T.; Guan, Y.; Gudkova, K.; Halder, S.; Han, Y.; Hara, T.; Hayasaka, K.; Hayashii, H.; Hazra, S.; Hearty, C.; Hedges, M. T.; de la Cruz, I. Heredia; Villanueva, M. Hernández; Hershenhorn, A.; Higuchi, T.; Hill, E. C.; Hoek, M.; Hohmann, M.; Hsu, C. -L.; Iijima, T.; Inami, K.; Inguglia, G.; Ipsita, N.; Ishikawa, A.; Ito, S.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jackson, P.; Jacobs, W. W.; Jaffe, D. E.; Jang, E. -J.; Ji, Q. P.; Jia, S.; Jin, Y.; Johnson, A.; Joo, K. K.; Junkerkalefeld, H.; Kakuno, H.; Kaliyar, A. B.; Kandra, J.; Kang, K. H.; Kang, S.; Karyan, G.; Kawasaki, T.; Keil, F.; Ketter, C.; Kiesling, C.; Kim, C. -H.; Kim, D. Y.; Kim, K. -H.; Kim, Y. -K.; Kinoshita, K.; Kodyš, P.; Koga, T.; Kohani, S.; Korobov, A.; Korpar, S.; Kovalenko, E.; Kowalewski, R.; Kraetzschmar, T. M. G.; Križan, P.; Krokovny, P.; Kumar, M.; Kumara, K.; Kunigo, T.; Kuzmin, A.; Kwon, Y. -J.; Lacaprara, S.; Lai, Y. -T.; Lam, T.; Lange, J. S.; Laurenza, M.; Lautenbach, K.; Leboucher, R.; Diberder, F. R. Le; Leitl, P.; Levit, D.; Li, C.; Li, L. K.; Libby, J.; Liu, Q. Y.; Liu, Z. Q.; Longo, S.; Lozar, A.; Lueck, T.; Lyu, C.; Ma, Y.; Maggiora, M.; Maiti, R.; Maity, S.; Mancinelli, G.; Manfredi, R.; Manoni, E.; Manthei, A. C.; Mantovano, M.; Marcantonio, D.; Marcello, S.; Marinas, C.; Martel, L.; Martellini, C.; Martini, A.; Martinov, T.; Massaccesi, L.; Masuda, M.; Matvienko, D.; Maurya, S. K.; McKenna, J. A.; Mehta, R.; Meier, F.; Merola, M.; Metzner, F.; Milesi, M.; Miller, C.; Mirra, M.; Miyabayashi, K.; Mizuk, R.; Mohanty, G. B.; Molina-Gonzalez, N.; Mondal, S.; Moneta, S.; Moser, H. -G.; Mussa, R.; Nakamura, I.; Nakazawa, Y.; Charan, A. Narimani; Naruki, M.; Natkaniec, Z.; Natochii, A.; Nayak, L.; Nayak, M.; Nazaryan, G.; Niiyama, M.; Nisar, N. K.; Nishida, S.; Ogawa, S.; Ono, H.; Onuki, Y.; Oskin, P.; Oxford, E. R.; Pakhlov, P.; Pakhlova, G.; Paladino, A.; Panta, A.; Paoloni, E.; Pardi, S.; Parham, K.; Park, H.; Park, S. -H.; Paschen, B.; Patra, S.; Paul, S.; Pedlar, T. K.; Peschke, R.; Pestotnik, R.; Piccolo, M.; Piilonen, L. E.; Podesta-Lerma, P. L. M.; Podobnik, T.; Pokharel, S.; Polat, L.; Praz, C.; Prell, S.; Prencipe, E.; Prim, M. T.; Purwar, H.; Rad, N.; Rados, P.; Raeuber, G.; Raiz, S.; Reif, M.; Reiter, S.; Ripp-Baudot, I.; Rizzo, G.; Rizzuto, L. B.; Robertson, S. H.; Roehrken, M.; Roney, J. M.; Rostomyan, A.; Rout, N.; Sanders, D. A.; Sandilya, S.; Sangal, A.; Santelj, L.; Sato, Y.; Savinov, V.; Scavino, B.; Schnepf, M.; Schwanda, C.; Seino, Y.; Selce, A.; Senyo, K.; Serrano, J.; Sevior, M. E.; Sfienti, C.; Shan, W.; Sharma, C.; Shi, X. D.; Shillington, T.; Shiu, J. -G.; Shtol, D.; Sibidanov, A.; Simon, F.; Singh, J. B.; Skorupa, J.; Sobie, R. J.; Sobotzik, M.; Soffer, A.; Sokolov, A.; Solovieva, E.; Spataro, S.; Spruck, B.; Starič, M.; Stefkova, S.; Stottler, Z. S.; Stroili, R.; Sumihama, M.; Sutcliffe, W.; Svidras, H.; Takahashi, M.; Takizawa, M.; Tamponi, U.; Tanida, K.; Tenchini, F.; Thaller, A.; Tittel, O.; Tiwary, R.; Tonelli, D.; Torassa, E.; Trabelsi, K.; Tsaklidis, I.; Uchida, M.; Ueda, I.; Uglov, T.; Unger, K.; Unno, Y.; Uno, K.; Uno, S.; Urquijo, P.; Ushiroda, Y.; Vahsen, S. E.; van Tonder, R.; Varner, G. S.; Varvell, K. E.; Vinokurova, A.; Vismaya, V. S.; Vitale, L.; Vobbilisetti, V.; Wach, B.; Wakai, M.; Wakeling, H. M.; Wallner, S.; Wang, E.; Wang, M. -Z.; Wang, X. L.; Wang, Z.; Warburton, A.; Watanabe, M.; Watanuki, S.; Welsch, M.; Wessel, C.; Won, E.; Xu, X. P.; Yabsley, B. D.; Yamada, S.; Yan, W.; Yang, S. B.; Yin, J. H.; Yook, Y. M.; Yoshihara, K.; Yuan, C. Z.; Yusa, Y.; Zani, L.; Zhilich, V.; Zhou, J. S.; Zhou, Q. D.; Zhukova, V. I.
Source
Phys. Rev. D 107, 112010 (2023)
Subject
Language
Abstract
We propose a new algorithm for the identification of the production flavor of neutral $D$ mesons in the Belle II experiment. The algorithm exploits the correlation between the flavor of a reconstructed neutral $D$ meson (signal $D$ meson) and the electric charges of particles reconstructed in the rest of the $e^+e^-\to c \bar{c}$ event. These include those originating from the decay of the other charm hadron produced in the event, as well as those possibly produced in association with the signal $D$ meson. We develop the algorithm using simulation and calibrate it in data using decay modes that identify the flavor of the decaying neutral $D$ meson. We use a data sample of $e^+e^-$ collisions, corresponding to $362\,\mathrm{fb}^{-1}$ of integrated luminosity, collected by Belle II at center-of-mass energies near the $\Upsilon(4S)$ mass. The effective tagging efficiency in data is $(47.91 \pm 0.07 \mathrm{(stat)} \pm 0.51 \mathrm{(syst)})\%$, independent of the neutral-$D$-meson decay mode. This charm flavor tagger will approximately double the effective sample size of many $CP$-violation and charm-mixing measurements that so far have exclusively relied on neutral $D$ mesons originating from $D^{*\pm}$ decays. While developed for Belle II, the basic principles underlying the charm flavor tagger can be used in other experiments, including those at hadron colliders.