Search for $CP$ violation in $Ξ_c^+\toΣ^+h^+h^-$ and $Λ_c^+\to ph^+h^-$ at Belle II
Belle II Collaboration, M. Abumusabh, I. Adachi, H. Ahmed, Y. Ahn, H. Aihara, N. Akopov, S. Alghamdi, M. Alhakami, N. Althubiti, K. Amos, N. Anh Ky, D. M. Asner, H. Atmacan, R. Ayad, V. Babu, N. K. Baghel, S. Bahinipati, P. Bambade, Sw. Banerjee, M. Bartl, J. Baudot, A. Beaubien, J. Becker, J. V. Bennett, V. Bertacchi, M. Bertemes, E. Bertholet, S. Bettarini, V. Bhardwaj, D. Biswas, A. Bobrov, D. Bodrov, G. Bonvicini, J. Borah, A. Boschetti, M. Bračko, P. Branchini, R. A. Briere, T. E. Browder, A. Budano, S. Bussino, Q. Campagna, M. Campajola, G. Casarosa, C. Cecchi, P. Chang, P. Cheema, L. Chen, B. G. Cheon, C. Cheshta, H. Chetri, K. Chilikin, J. Chin, K. Chirapatpimol, H. -E. Cho, K. Cho, S. -J. Cho, S. -K. Choi, S. Choudhury, S. Chutia, J. A. Colorado-Caicedo, I. Consigny, L. Corona, J. X. Cui, S. Das, S. A. De La Motte, G. De Nardo, G. De Pietro, R. de Sangro, M. Destefanis, A. Di Canto, Z. Doležal, I. Domínguez Jiménez, T. V. Dong, X. Dong, M. Dorigo, G. Dujany, P. Ecker, D. Epifanov, J. Eppelt, R. Farkas, P. Feichtinger, T. Ferber, T. Fillinger, G. Finocchiaro, F. Forti, B. G. Fulsom, A. Gabrielli, E. Ganiev, R. Garg, G. Gaudino, V. Gaur, V. Gautam, A. Gaz, A. Gellrich, D. Ghosh, H. Ghumaryan, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, A. Glazov, B. Gobbo, R. Godang, O. Gogota, P. Goldenzweig, W. Gradl, E. Graziani, D. Greenwald, K. Gudkova, I. Haide, Y. Han, S. Hazra, M. T. Hedges, A. Heidelbach, G. Heine, I. Heredia de la Cruz, M. Hernández Villanueva, D. Hettiarachchi, T. Higuchi, M. Hoek, M. Hohmann, R. Hoppe, P. Horak, X. T. Hou, C. -L. Hsu, T. Humair, T. Iijima, N. Ipsita, A. Ishikawa, R. Itoh, M. Iwasaki, W. W. Jacobs, D. E. Jaffe, E. -J. Jang, S. Jia, Y. Jin, A. Johnson, A. B. Kaliyar, J. Kandra, K. H. Kang, G. Karyan, F. Keil, C. Kiesling, D. Y. Kim, J. -Y. Kim, K. -H. Kim, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, R. Kowalewski, P. Križan, P. Krokovny, T. Kuhr, K. Kumara, T. Kunigo, A. Kuzmin, Y. -J. Kwon, S. Lacaprara, T. Lam, T. S. Lau, M. Laurenza, R. Leboucher, F. R. Le Diberder, H. Lee, M. J. Lee, C. Lemettais, P. Leo, P. M. Lewis, C. Li, L. K. Li, Q. M. Li, W. Z. Li, Y. Li, Y. B. Li, Y. P. Liao, J. Libby, J. Lin, S. Lin, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Z. Liu, D. Liventsev, S. Longo, T. Lueck, C. Lyu, J. L. Ma, Y. Ma, M. Maggiora, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, M. Marfoli, C. Marinas, C. Martellini, A. Martens, T. Martinov, L. Massaccesi, M. Masuda, D. Matvienko, S. K. Maurya, M. Maushart, J. A. McKenna, Z. Mediankin Gruberová, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, K. Miyabayashi, R. Mizuk, G. B. Mohanty, S. Moneta, A. L. Moreira de Carvalho, H. -G. Moser, M. Mrvar, H. Murakami, I. Nakamura, M. Nakao, Y. Nakazawa, M. Naruki, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, M. Neu, S. Nishida, R. Nomaru, S. Ogawa, H. Ono, G. Pakhlova, A. Panta, S. Pardi, J. Park, S. -H. Park, A. Passeri, S. Patra, S. Paul, T. K. Pedlar, R. Pestotnik, L. E. Piilonen, P. L. M. Podesta-Lerma, T. Podobnik, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, H. Purwar, P. Rados, S. Raiz, K. Ravindran, J. U. Rehman, M. Reif, S. Reiter, L. Reuter, D. Ricalde Herrmann, I. Ripp-Baudot, G. Rizzo, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, L. Salutari, D. A. Sanders, L. Santelj, C. Santos, B. Scavino, C. Schmitt, M. Schnepf, K. Schoenning, C. Schwanda, Y. Seino, K. Senyo, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, G. Sharma, X. D. Shi, T. Shillington, J. -G. Shiu, D. Shtol, B. Shwartz, A. Sibidanov, F. Simon, J. Skorupa, R. J. Sobie, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, S. Spataro, B. Spruck, M. Starič, P. Stavroulakis, R. Stroili, M. Sumihama, M. Takahashi, U. Tamponi, S. S. Tang, K. Tanida, F. Tenchini, A. Thaller, T. Tien Manh, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, F. F. Trantou, I. Ueda, K. Unger, Y. Unno, K. Uno, S. Uno, P. Urquijo, Y. Ushiroda, R. van Tonder, K. E. Varvell, M. Veronesi, V. S. Vismaya, L. Vitale, V. Vobbilisetti, R. Volpe, M. Wakai, S. Wallner, M. -Z. Wang, A. Warburton, S. Watanuki, C. Wessel, E. Won, X. P. Xu, B. D. Yabsley, W. Yan, K. Yi, J. H. Yin, K. Yoshihara, J. Yuan, Y. Yusa, L. Zani, F. Zeng, B. Zhang, V. Zhilich, J. S. Zhou, Q. D. Zhou, L. Zhu, R. Žlebčík
TL;DR
This study uses 428 fb$^{-1}$ of Belle II $e^+e^-$ data to measure decay-rate CP asymmetries in singly-Cabibbo-suppressed three-body decays of charmed baryons: $Ξ_c^+ \rightarrow Σ^+ h^+ h^-$ and $Λ_c^+ \rightarrow p h^+ h^-$ with $h=K,π$. CP asymmetries are extracted from yield asymmetries after removing production and detection effects via forward/backward averaging and control channels, employing sPlot-based weighting to equalize kinematic distributions. The results, shown with statistical and systematic uncertainties, are all consistent with CP symmetry, and the corresponding $U$-spin sums are also compatible with zero, marking the first such measurements for individual hadronic three-body charmed-baryon decays. The measurements are statistically limited, underscoring the potential of future Belle II data to probe CP violation in the charm sector more precisely.
Abstract
We report decay-rate $CP$ asymmetries of the singly-Cabibbo-suppressed decays $Ξ_c^+\toΣ^+h^+h^-$ and $Λ_c^+\to ph^+h^-$, with $h=K,π$, measured using 428 fb$^{-1}$ of $e^+e^-$ collisions collected by the Belle II experiment at the SuperKEKB collider. The results, \begin{equation} A_{CP}(Ξ_c^+\toΣ^+K^+K^-) = (3.7\pm6.6\pm0.6)\%, \end{equation} \begin{equation} A_{CP}(Ξ_c^+\toΣ^+π^+π^-) = (9.5\pm6.8\pm0.5)\%, \end{equation} \begin{equation} A_{CP}(Λ_c^+\to pK^+K^-) = (3.9\pm1.7\pm0.7)\%, \end{equation} \begin{equation} A_{CP}(Λ_c^+\to pπ^+π^-) = (0.3\pm1.0\pm0.2)\%, \end{equation} where the first uncertainties are statistical and the second systematic, agree with $CP$ symmetry. From these results we derive the sums \begin{equation} A_{CP}(Ξ_c^+\toΣ^+π^+π^-) \, + \, A_{CP}(Λ_c^+\to pK^+K^-) = (13.4 \pm 7.0\pm 0.9)\%, \end{equation} \begin{equation} A_{CP}(Ξ_c^+\toΣ^+K^+K^-) \, + \, A_{CP}(Λ_c^+\to pπ^+π^-) = (\phantom{0}4.0 \pm 6.6\pm 0.7)\%, \end{equation} which are consistent with the $U$-spin symmetry prediction of zero. These are the first measurements of $CP$ asymmetries for individual hadronic three-body charmed-baryon decays.
