Measurement of the $CP$ asymmetry in $D^0\toπ^+π^-π^0$ decays at Belle II
Belle II Collaboration, M. Abumusabh, I. Adachi, L. Aggarwal, H. Ahmed, Y. Ahn, H. Aihara, N. Akopov, S. Alghamdi, M. Alhakami, A. Aloisio, N. Althubiti, K. Amos, N. Anh Ky, D. M. Asner, H. Atmacan, T. Aushev, R. Ayad, V. Babu, H. Bae, N. K. Baghel, S. Bahinipati, P. Bambade, Sw. Banerjee, M. Barrett, M. Bartl, J. Baudot, A. Beaubien, F. Becherer, J. Becker, J. V. Bennett, F. U. Bernlochner, V. Bertacchi, M. Bertemes, E. Bertholet, M. Bessner, S. Bettarini, V. Bhardwaj, B. Bhuyan, F. Bianchi, T. Bilka, D. Biswas, A. Bobrov, D. Bodrov, G. Bonvicini, J. Borah, A. Boschetti, A. Bozek, 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, J. A. Colorado-Caicedo, I. Consigny, L. Corona, J. X. Cui, S. Das, E. De La Cruz-Burelo, 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, C. Finck, G. Finocchiaro, F. Forti, B. G. Fulsom, A. Gabrielli, A. Gale, E. Ganiev, M. Garcia-Hernandez, R. Garg, L. Gärtner, G. Gaudino, V. Gaur, V. Gautam, A. Gaz, A. Gellrich, G. Ghevondyan, D. Ghosh, H. Ghumaryan, G. Giakoustidis, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, A. Glazov, B. Gobbo, R. Godang, O. Gogota, P. Goldenzweig, W. Gradl, E. Graziani, D. Greenwald, Y. Guan, K. Gudkova, I. Haide, Y. Han, H. Hayashii, S. Hazra, M. T. Hedges, A. Heidelbach, G. Heine, I. Heredia de la Cruz, M. Hernández Villanueva, 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, P. Jackson, 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. Ketter, C. Kiesling, D. Y. Kim, J. -Y. Kim, K. -H. Kim, H. Kindo, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, K. Kojima, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, R. Kowalewski, P. Križan, P. Krokovny, T. Kuhr, Y. Kulii, D. Kumar, K. Kumara, T. Kunigo, A. Kuzmin, Y. -J. Kwon, S. Lacaprara, T. Lam, L. Lanceri, J. S. Lange, 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, H. -J. Li, L. K. Li, Q. M. Li, W. Z. Li, Y. Li, Y. B. Li, Y. P. Liao, J. Libby, J. Lin, S. Lin, Z. Liptak, V. Lisovskyi, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Z. Liu, D. Liventsev, S. Longo, T. Lueck, C. Lyu, J. L. Ma, Y. Ma, M. Maggiora, S. P. Maharana, R. Maiti, G. Mancinelli, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, 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, R. Mehta, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, K. Miyabayashi, H. Miyake, R. Mizuk, G. B. Mohanty, S. Moneta, A. L. Moreira de Carvalho, H. -G. Moser, M. Mrvar, H. Murakami, R. Mussa, I. Nakamura, M. Nakao, Y. Nakazawa, M. Naruki, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, M. Neu, S. Nishida, R. Nomaru, S. Ogawa, R. Okubo, H. Ono, E. R. Oxford, G. Pakhlova, A. Panta, S. Pardi, J. Park, S. -H. Park, A. Passeri, S. Patra, S. Paul, T. K. Pedlar, R. Pestotnik, M. Piccolo, L. E. Piilonen, P. L. M. Podesta-Lerma, T. Podobnik, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, S. Privalov, 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, S. H. Robertson, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, S. Saha, L. Salutari, D. A. Sanders, S. Sandilya, L. Santelj, C. Santos, V. Savinov, B. Scavino, C. Schmitt, S. Schneider, M. Schnepf, K. Schoenning, C. Schwanda, A. J. Schwartz, Y. Seino, K. Senyo, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, G. Sharma, X. D. Shi, T. Shillington, T. Shimasaki, J. -G. Shiu, D. Shtol, B. Shwartz, A. Sibidanov, F. Simon, J. Skorupa, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, E. Solovieva, S. Spataro, B. Spruck, M. Starič, P. Stavroulakis, S. Stefkova, L. Stoetzer, R. Stroili, M. Sumihama, K. Sumisawa, H. Svidras, M. Takahashi, M. Takizawa, U. Tamponi, S. Tanaka, K. Tanida, F. Tenchini, A. Thaller, T. Tien Manh, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, F. F. Trantou, I. Tsaklidis, I. Ueda, K. Unger, Y. Unno, K. Uno, S. Uno, P. Urquijo, Y. Ushiroda, S. E. Vahsen, 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, J. Yelton, K. Yi, J. H. Yin, K. Yoshihara, C. Z. Yuan, J. Yuan, Y. Yusa, L. Zani, F. Zeng, M. Zeyrek, B. Zhang, V. Zhilich, J. S. Zhou, Q. D. Zhou, L. Zhu, R. Žlebčík
TL;DR
This work measures the time- and phase-space-integrated CP asymmetry $A_{CP}$ in the decay $D^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0$ using 428 fb$^{-1}$ of Belle II data. A flavor tag from $D^{*+} \to D^0\pi^+$ and control samples $D^0 \to K^-\pi^+$ are employed to correct reconstruction-induced asymmetries, with production asymmetries canceled by dividing data into eight bins of $\cos\theta_{\rm CM}^{D^0}$ and averaging symmetric bins. An unbinned extended maximum-likelihood fit to $M$ and $\Delta M$ in each bin yields the raw asymmetries, which are corrected for tag-pion effects and production asymmetries to obtain $A_{CP}$. The result, $A_{CP}(D^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0) = (0.29 \pm 0.27 \text{(stat)} \pm 0.13 \text{(syst)})\%$, is the most precise to date and consistent with CP conservation, representing a ~34% improvement in precision over the previous best measurement for similar luminosity. This demonstrates the efficacy of the kinematic weighting and per-bin approach in controlling systematic biases in CP-violation studies in charm.
Abstract
We measure the time- and phase-space-integrated $CP$ asymmetry $A_{CP}$ in $D^0\toπ^+π^-π^0$ decays reconstructed in $e^+e^-\to c\bar c$ events collected by the Belle II experiment from 2019 to 2022. This sample corresponds to an integrated luminosity of 428 fb$^{-1}$. We require $D^0$ mesons to be produced in $D^{*+}\to D^0π^+$ decays to determine their flavor at production. Control samples of $D^0\to K^-π^+$ decays are used to correct for reconstruction-induced asymmetries. The result, $A_{CP}(D^0\toπ^+π^-π^0)=(0.29\pm0.27\pm0.13)\%$, where the first uncertainty is statistical and the second systematic, is the most precise result to date and is consistent with $CP$ conservation.
