Measurement of $CP$ asymmetry in $D^0 \rightarrow K^- K^+$ and $D^0 \rightarrow π^- π^+$ decays

LHCb collaboration, R. Aaij, B. Adeva, M. Adinolfi, A. Affolder, Z. Ajaltouni, J. Albrecht, F. Alessio, M. Alexander, S. Ali, G. Alkhazov, P. Alvarez Cartelle, A. A. Alves Jr, S. Amato, S. Amerio, Y. Amhis, L. An, L. Anderlini, J. Anderson, R. Andreassen, M. Andreotti, J. E. Andrews, R. B. Appleby, O. Aquines Gutierrez, F. Archilli, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, G. Auriemma, M. Baalouch, S. Bachmann, J. J. Back, A. Badalov, V. Balagura, W. Baldini, R. J. Barlow, C. Barschel, S. Barsuk, W. Barter, V. Batozskaya, Th. Bauer, A. Bay, L. Beaucourt, J. Beddow, F. Bedeschi, I. Bediaga, S. Belogurov, K. Belous, I. Belyaev, E. Ben-Haim, G. Bencivenni, S. Benson, J. Benton, A. Berezhnoy, R. Bernet, M. -O. Bettler, M. van Beuzekom, A. Bien, S. Bifani, T. Bird, A. Bizzeti, P. M. Bjørnstad, T. Blake, F. Blanc, J. Blouw, S. Blusk, V. Bocci, A. Bondar, N. Bondar, W. Bonivento, S. Borghi, A. Borgia, M. Borsato, T. J. V. Bowcock, E. Bowen, C. Bozzi, T. Brambach, J. van den Brand, J. Bressieux, D. Brett, M. Britsch, T. Britton, J. Brodzicka, N. H. Brook, H. Brown, A. Bursche, G. Busetto, J. Buytaert, S. Cadeddu, R. Calabrese, M. Calvi, M. Calvo Gomez, A. Camboni, P. Campana, D. Campora Perez, A. Carbone, G. Carboni, R. Cardinale, A. Cardini, H. Carranza-Mejia, L. Carson, K. Carvalho Akiba, G. Casse, L. Cassina, L. Castillo Garcia, M. Cattaneo, Ch. Cauet, R. Cenci, M. Charles, Ph. Charpentier, S. Chen, S. -F. Cheung, N. Chiapolini, M. Chrzaszcz, K. Ciba, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, P. Collins, A. Comerma-Montells, A. Contu, A. Cook, M. Coombes, S. Coquereau, G. Corti, M. Corvo, I. Counts, B. Couturier, G. A. Cowan, D. C. Craik, M. Cruz Torres, S. Cunliffe, R. Currie, C. D'Ambrosio, J. Dalseno, P. David, P. N. Y. David, A. Davis, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, J. M. De Miranda, L. De Paula, W. De Silva, P. De Simone, D. Decamp, M. Deckenhoff, L. Del Buono, N. Déléage, D. Derkach, O. Deschamps, F. Dettori, A. Di Canto, H. Dijkstra, S. Donleavy, F. Dordei, M. Dorigo, A. Dosil Suárez, D. Dossett, A. Dovbnya, G. Dujany, F. Dupertuis, P. Durante, R. Dzhelyadin, A. Dziurda, A. Dzyuba, S. Easo, U. Egede, V. Egorychev, S. Eidelman, S. Eisenhardt, U. Eitschberger, R. Ekelhof, L. Eklund, I. El Rifai, Ch. Elsasser, S. Ely, S. Esen, T. Evans, A. Falabella, C. Färber, C. Farinelli, N. Farley, S. Farry, D. Ferguson, V. Fernandez Albor, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, M. Fiore, M. Fiorini, M. Firlej, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, M. Fontana, F. Fontanelli, R. Forty, O. Francisco, M. Frank, C. Frei, M. Frosini, J. Fu, E. Furfaro, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gallorini, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, Y. Gao, J. Garofoli, J. Garra Tico, L. Garrido, C. Gaspar, R. Gauld, L. Gavardi, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, Ph. Ghez, A. Gianelle, S. Giani', V. Gibson, L. Giubega, V. V. Gligorov, C. Göbel, D. Golubkov, A. Golutvin, A. Gomes, H. Gordon, C. Gotti, M. Grabalosa Gándara, R. Graciani Diaz, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, G. Graziani, A. Grecu, E. Greening, S. Gregson, P. Griffith, L. Grillo, O. Grünberg, B. Gui, E. Gushchin, Yu. Guz, T. Gys, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. C. Haines, S. Hall, B. Hamilton, T. Hampson, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, S. T. Harnew, J. Harrison, T. Hartmann, J. He, T. Head, V. Heijne, K. Hennessy, P. Henrard, L. Henry, J. A. Hernando Morata, E. van Herwijnen, M. Heß, A. Hicheur, D. Hill, M. Hoballah, C. Hombach, W. Hulsbergen, P. Hunt, N. Hussain, D. Hutchcroft, D. Hynds, M. Idzik, P. Ilten, R. Jacobsson, A. Jaeger, J. Jalocha, E. Jans, P. Jaton, A. Jawahery, M. Jezabek, F. Jing, M. John, D. Johnson, C. R. Jones, C. Joram, B. Jost, N. Jurik, M. Kaballo, S. Kandybei, W. Kanso, M. Karacson, T. M. Karbach, M. Kelsey, I. R. Kenyon, T. Ketel, B. Khanji, C. Khurewathanakul, S. Klaver, O. Kochebina, M. Kolpin, I. Komarov, R. F. Koopman, P. Koppenburg, M. Korolev, A. Kozlinskiy, L. Kravchuk, K. Kreplin, M. Kreps, G. Krocker, P. Krokovny, F. Kruse, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, K. Kurek, T. Kvaratskheliya, V. N. La Thi, D. Lacarrere, G. Lafferty, A. Lai, D. Lambert, R. W. Lambert, E. Lanciotti, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, B. Langhans, T. Latham, C. Lazzeroni, R. Le Gac, J. van Leerdam, J. -P. Lees, R. Lefèvre, A. Leflat, J. Lefrançois, S. Leo, O. Leroy, T. Lesiak, B. Leverington, Y. Li, M. Liles, R. Lindner, C. Linn, F. Lionetto, B. Liu, G. Liu, S. Lohn, I. Longstaff, J. H. Lopes, N. Lopez-March, P. Lowdon, H. Lu, D. Lucchesi, H. Luo, A. Lupato, E. Luppi, O. Lupton, F. Machefert, I. V. Machikhiliyan, F. Maciuc, O. Maev, S. Malde, G. Manca, G. Mancinelli, M. Manzali, J. Maratas, J. F. Marchand, U. Marconi, C. Marin Benito, P. Marino, R. Märki, J. Marks, G. Martellotti, A. Martens, A. Martín Sánchez, M. Martinelli, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, D. Martins Tostes, A. Massafferri, R. Matev, Z. Mathe, C. Matteuzzi, A. Mazurov, M. McCann, J. McCarthy, A. McNab, R. McNulty, B. McSkelly, B. Meadows, F. Meier, M. Meissner, M. Merk, D. A. Milanes, M. -N. Minard, N. Moggi, J. Molina Rodriguez, S. Monteil, D. Moran, M. Morandin, P. Morawski, A. Mordà, M. J. Morello, J. Moron, A. -B. Morris, R. Mountain, F. Muheim, K. Müller, R. Muresan, M. Mussini, B. Muster, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, M. Neuner, A. D. Nguyen, T. D. Nguyen, C. Nguyen-Mau, M. Nicol, V. Niess, R. Niet, N. Nikitin, T. Nikodem, A. Novoselov, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, S. Oggero, S. Ogilvy, O. Okhrimenko, R. Oldeman, G. Onderwater, M. Orlandea, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, B. K. Pal, A. Palano, F. Palombo, M. Palutan, J. Panman, A. Papanestis, M. Pappagallo, C. Parkes, C. J. Parkinson, G. Passaleva, G. D. Patel, M. Patel, C. Patrignani, A. Pazos Alvarez, A. Pearce, A. Pellegrino, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, E. Perez Trigo, P. Perret, M. Perrin-Terrin, L. Pescatore, E. Pesen, K. Petridis, A. Petrolini, E. Picatoste Olloqui, B. Pietrzyk, T. Pilař, D. Pinci, A. Pistone, S. Playfer, M. Plo Casasus, F. Polci, A. Poluektov, E. Polycarpo, A. Popov, D. Popov, B. Popovici, C. Potterat, A. Powell, J. Prisciandaro, A. Pritchard, C. Prouve, V. Pugatch, A. Puig Navarro, G. Punzi, W. Qian, B. Rachwal, J. H. Rademacker, B. Rakotomiaramanana, M. Rama, M. S. Rangel, I. Raniuk, N. Rauschmayr, G. Raven, S. Reichert, M. M. Reid, A. C. dos Reis, S. Ricciardi, A. Richards, M. Rihl, K. Rinnert, V. Rives Molina, D. A. Roa Romero, P. Robbe, A. B. Rodrigues, E. Rodrigues, P. Rodriguez Perez, S. Roiser, V. Romanovsky, A. Romero Vidal, M. Rotondo, J. Rouvinet, T. Ruf, F. Ruffini, H. Ruiz, P. Ruiz Valls, G. Sabatino, J. J. Saborido Silva, N. Sagidova, P. Sail, B. Saitta, V. Salustino Guimaraes, C. Sanchez Mayordomo, B. Sanmartin Sedes, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, E. Santovetti, M. Sapunov, A. Sarti, C. Satriano, A. Satta, M. Savrie, D. Savrina, M. Schiller, H. Schindler, M. Schlupp, M. Schmelling, B. Schmidt, O. Schneider, A. Schopper, M. -H. Schune, R. Schwemmer, B. Sciascia, A. Sciubba, M. Seco, A. Semennikov, K. Senderowska, I. Sepp, N. Serra, J. Serrano, L. Sestini, P. Seyfert, M. Shapkin, I. Shapoval, Y. Shcheglov, T. Shears, L. Shekhtman, V. Shevchenko, A. Shires, R. Silva Coutinho, G. Simi, M. Sirendi, N. Skidmore, T. Skwarnicki, N. A. Smith, E. Smith, E. Smith, J. Smith, M. Smith, H. Snoek, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, F. Soomro, D. Souza, B. Souza De Paula, B. Spaan, A. Sparkes, F. Spinella, P. Spradlin, F. Stagni, S. Stahl, O. Steinkamp, O. Stenyakin, S. Stevenson, S. Stoica, S. Stone, B. Storaci, S. Stracka, M. Straticiuc, U. Straumann, R. Stroili, V. K. Subbiah, L. Sun, W. Sutcliffe, K. Swientek, S. Swientek, V. Syropoulos, M. Szczekowski, P. Szczypka, D. Szilard, T. Szumlak, S. T'Jampens, M. Teklishyn, G. Tellarini, F. Teubert, C. Thomas, E. Thomas, J. van Tilburg, V. Tisserand, M. Tobin, S. Tolk, L. Tomassetti, D. Tonelli, S. Topp-Joergensen, N. Torr, E. Tournefier, S. Tourneur, M. T. Tran, M. Tresch, A. Tsaregorodtsev, P. Tsopelas, N. Tuning, M. Ubeda Garcia, A. Ukleja, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, V. Vagnoni, G. Valenti, A. Vallier, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. J. Velthuis, M. Veltri, G. Veneziano, M. Vesterinen, B. Viaud, D. Vieira, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, A. Vollhardt, D. Volyanskyy, D. Voong, A. Vorobyev, V. Vorobyev, C. Voß, H. Voss, J. A. de Vries, R. Waldi, C. Wallace, R. Wallace, J. Walsh, S. Wandernoth, J. Wang, D. R. Ward, N. K. Watson, D. Websdale, M. Whitehead, J. Wicht, D. Wiedner, G. Wilkinson, M. P. Williams, M. Williams, F. F. Wilson, J. Wimberley, J. Wishahi, W. Wislicki, M. Witek, G. Wormser, S. A. Wotton, S. Wright, S. Wu, K. Wyllie, Y. Xie, Z. Xing, Z. Xu, Z. Yang, X. Yuan, O. Yushchenko, M. Zangoli, M. Zavertyaev, F. Zhang, L. Zhang, W. C. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, A. Zhokhov, L. Zhong, A. Zvyagin

Published 2014-05-12, updated 2014-07-15Version 3

Time-integrated $CP$ asymmetries in $D^0$ decays to the final states $K^- K^+$ and $\pi^- \pi^+$ are measured using proton-proton collisions corresponding to $3\mathrm{\,fb}^{-1}$ of integrated luminosity collected at centre-of-mass energies of $7\mathrm{\,Te\kern -0.1em V}$ and $8\mathrm{\,Te\kern -0.1em V}$. The $D^0$ mesons are produced in semileptonic $b$-hadron decays, where the charge of the accompanying muon is used to determine the initial flavour of the charm meson. The difference in $CP$ asymmetries between the two final states is measured to be \begin{align} \Delta A_{CP} = A_{CP}(K^-K^+)-A_{CP}(\pi^-\pi^+) = (+0.14 \pm 0.16\mathrm{\,(stat)} \pm 0.08\mathrm{\,(syst)})\% \ . \nonumber \end{align} A measurement of $A_{CP}(K^-K^+)$ is obtained assuming negligible $CP$ violation in charm mixing and in Cabibbo-favoured $D$ decays. It is found to be \begin{align} A_{CP}(K^-K^+) = (-0.06 \pm 0.15\mathrm{\,(stat)} \pm 0.10\mathrm{\,(syst)}) \% \ ,\nonumber \end{align} where the correlation coefficient between $\Delta A_{CP}$ and $A_{CP}(K^-K^+)$ is $\rho=0.28$. By combining these results, the $CP$ asymmetry in the $D^0\rightarrow\pi^-\pi^+$ channel is $A_{CP}(\pi^-\pi^+)=(-0.20\pm0.19\mathrm{\,(stat)}\pm0.10\mathrm{\,(syst)})\%$.