Search for $D^0$ meson decays to $π^+ π^- e^+ e^-$ and $K^+ K^- e^+ e^-$ final states

arXiv (Cornell University)

Abstract

A search for $D^0$ meson decays to the $π^+π^-e^+e^-$ and $K^+K^-e^+e^-$ final states is reported using a sample of proton-proton collisions collected by the LHCb experiment at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 6 fb$^{-1}$. The decay $D^0 \rightarrow π^+π^-e^+e^-$ is observed for the first time when requiring that the two electrons are consistent with coming from the decay of a $ϕ$ or $ρ^0/ω$ meson. The corresponding branching fractions are measured relative to the $D^0 \rightarrow K^-π^-[e^+e^-]_{ρ^0/ω}$ decay, where the two electrons are consistent with coming from the decay of a $ρ^0$ or $ω$ meson. No evidence is found for the $D^0 \rightarrow K^+K^-e^+e^-$ decay and world-best limits are set on its branching fraction. The results are compared to, and found to be consistent with, the branching fractions of the $D^0 \rightarrow π^+π^-μ^+μ^-$ and $D^0 \rightarrow K^+K^-μ^+μ^-$ decays recently measured by LHCb and confirm lepton universality at the current precision.

Authors 99

1. R. Aaij
2. A. S. W. Abdelmotteleb
3. C. Abellan Beteta
4. C. Abellán Beteta
5. T. Ackernley
6. A. A. Adefisoye
7. B. Adeva
8. M. Adinolfi
9. P. Adlarson
10. C. Agapopoulou

    Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie

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    IJCLab - Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (Bât. 100 et 200, 15 rue Georges Clémenceau 91405 Orsay - France)

11. C. Aidala
12. Z Ajaltouni

    Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne

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    LPC - Laboratoire de Physique de Clermont (Campus Universitaire des Cézeaux, 4 Avenue Blaise Pascal, TSA 60026, CS 6002, 63178 Aubière Cedex - France)

13. S. Akar

    Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne

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    LPC - Laboratoire de Physique de Clermont (Campus Universitaire des Cézeaux, 4 Avenue Blaise Pascal, TSA 60026, CS 6002, 63178 Aubière Cedex - France)

14. K. Carvalho Akiba
15. P. Albicocco
16. J. Albrecht
17. F. Alessio
18. Michael Thomas Alexander
19. Zakariya Aliouche
20. P. Álvarez Cartelle
21. R. Amalric

    Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies

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    LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (Barre 12-22, 1er étage 4 Place Jussieu 75252 Paris Cedex 05 - France)

22. S. Amato
23. Y. Amhis

    Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie

    Affiliation as printed

    IJCLab - Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (Bât. 100 et 200, 15 rue Georges Clémenceau 91405 Orsay - France)

24. Liupan An
25. L. Anderlini
26. M. Andersson
27. A. Andreianov
28. P. Andreola
29. M. Andreotti
30. D. Andreou
31. Alessia Anelli
32. D. Ao
33. F. Archilli
34. Matteo Argenton
35. S. Arguedas Cuendis
36. A. Artamonov
37. M. Artuso
38. E. Aslanides

    Centre de physique des particules de Marseille

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    CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille (163, avenue de Luminy - Case 902 - 13288 Marseille cedex 09 - France)

39. R. Ataíde Da Silva
40. M. Atzeni
41. B. Audurier
42. D. Bacher
43. I. Bachiller

    Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules

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    LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (9 Chemin de Bellevue - BP 110 - 74941 Annecy-le-Vieux CEDEX - France - France)

44. S. Bachmann
45. Marie Bachmayer
46. John J Back
47. P. Baladrón Rodríguez
48. V. Balagura

    Laboratoire Leprince-Ringuet

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    LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet (Route de Saclay, 91128 Palaiseau Cedex - France)

49. A Balboni
50. W. Baldini
51. Luca Balzani
52. H. Bao
53. J. Baptista de Souza Leite
54. C. Barbero Pretel
55. M. Barbetti
56. I. R. Barbosa
57. Roger John Barlow
58. Mikhail Barnyakov
59. S. Barsuk

    Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie

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    IJCLab - Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (Bât. 100 et 200, 15 rue Georges Clémenceau 91405 Orsay - France)

60. W. Barter
61. W. Barter
62. J. M. Basels Aachen

    RWTH Aachen University

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    RWTH Aachen

63. B. Batsukh
64. G. Bassi
65. B. Batsukh
66. P. B. Battista

    Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie

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67. A. Bay
68. A. Beck
69. M. Becker
70. F. Bedeschi
71. I. Bediaga
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73. S. Belin
74. K. Belous
75. I. Belov
76. I. Belyaev
77. G. Benane

    Centre de physique des particules de Marseille

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78. G. Bencivenni
79. E. Ben-Haim

    Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies

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80. Alexander Berezhnoy
81. R. Bernet
82. H. C. Bernstein
83. A. Bertolin
84. C. Betancourt
85. F. Betti
86. J. Bex
87. Ia. Bezshyiko
88. J. Bhom
89. M. S. Bieker
90. N. V. Biesuz
91. P. Billoir

    Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies

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92. Alice Biolchini
93. M. Birch
94. F. C. R. Bishop

    Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules

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    LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (9 Chemin de Bellevue - BP 110 - 74941 Annecy-le-Vieux CEDEX - France - France)

95. A. Bitadze
96. A. Bizzeti
97. T. Blake
98. F. Blanc
99. J. E. Blank