Observation of the ${B^0 \to ρ^0 ρ^0}$ decay from an amplitude analysis of ${B^0 \to (π^+π^-)(π^+π^-)}$ decays

LHCb collaboration, R. Aaij, B. Adeva, M. Adinolfi, A. Affolder, Z. Ajaltouni, S. Akar, 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, 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, C. Baesso, W. Baldini, R. J. Barlow, C. Barschel, S. Barsuk, W. Barter, V. Batozskaya, V. Battista, A. Bay, L. Beaucourt, J. Beddow, F. Bedeschi, I. Bediaga, L. J. Bel, I. Belyaev, E. Ben-Haim, G. Bencivenni, S. Benson, J. Benton, A. Berezhnoy, R. Bernet, A. Bertolin, M. -O. Bettler, M. van Beuzekom, A. Bien, S. Bifani, T. Bird, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. Blouw, S. Blusk, V. Bocci, A. Bondar, N. Bondar, W. Bonivento, S. Borghi, M. Borsato, T. J. V. Bowcock, E. Bowen, C. Bozzi, S. Braun, D. Brett, M. Britsch, T. Britton, J. Brodzicka, N. H. Brook, A. Bursche, J. Buytaert, S. Cadeddu, R. Calabrese, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Campana, D. Campora Perez, L. Capriotti, A. Carbone, G. Carboni, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carson, K. Carvalho Akiba, R. Casanova Mohr, G. Casse, L. Cassina, L. Castillo Garcia, M. Cattaneo, Ch. Cauet, G. Cavallero, R. Cenci, M. Charles, Ph. Charpentier, M. Chefdeville, S. Chen, S. -F. Cheung, N. Chiapolini, M. Chrzaszcz, X. Cid Vidal, G. Ciezarek, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, V. Coco, J. Cogan, E. Cogneras, V. Cogoni, L. Cojocariu, G. Collazuol, 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, A. C. Crocombe, M. Cruz Torres, S. Cunliffe, R. Currie, C. D'Ambrosio, J. Dalseno, 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, C. -T. Dean, D. Decamp, M. Deckenhoff, L. Del Buono, N. Déléage, D. Derkach, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, A. Di Canto, F. Di Ruscio, H. Dijkstra, S. Donleavy, F. Dordei, M. Dorigo, A. Dosil Suárez, D. Dossett, A. Dovbnya, K. Dreimanis, 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, H. M. Evans, T. Evans, A. Falabella, C. Färber, C. Farinelli, N. Farley, S. Farry, R. Fay, D. Ferguson, V. Fernandez Albor, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, M. Fiore, M. Fiorini, M. Firlej, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, P. Fol, 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. García Pardiñas, J. Garofoli, J. Garra Tico, L. Garrido, D. Gascon, C. Gaspar, U. Gastaldi, R. Gauld, L. Gavardi, G. Gazzoni, A. Geraci, D. Gerick, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, Ph. Ghez, A. Gianelle, S. Gianì, V. Gibson, L. Giubega, V. V. Gligorov, C. Göbel, D. Golubkov, A. Golutvin, A. Gomes, C. Gotti, M. Grabalosa Gándara, R. Graciani Diaz, L. A. Granado Cardoso, E. Graugés, E. Graverini, 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, 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, T. Humair, N. Hussain, D. Hutchcroft, D. Hynds, M. Idzik, P. Ilten, R. Jacobsson, A. Jaeger, J. Jalocha, E. Jans, A. Jawahery, F. Jing, M. John, D. Johnson, C. R. Jones, C. Joram, B. Jost, N. Jurik, S. Kandybei, W. Kanso, M. Karacson, T. M. Karbach, S. Karodia, M. Kelsey, I. R. Kenyon, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, C. Khurewathanakul, S. Klaver, K. Klimaszewski, O. Kochebina, M. Kolpin, I. Komarov, R. F. Koopman, P. Koppenburg, M. Korolev, L. Kravchuk, K. Kreplin, M. Kreps, G. Krocker, P. Krokovny, F. Kruse, W. Kucewicz, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, K. Kurek, T. Kvaratskheliya, V. N. La Thi, D. Lacarrere, G. Lafferty, A. Lai, D. Lambert, R. W. Lambert, 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, O. Leroy, T. Lesiak, B. Leverington, Y. Li, T. Likhomanenko, M. Liles, R. Lindner, C. Linn, F. Lionetto, B. Liu, S. Lohn, I. Longstaff, J. H. Lopes, P. Lowdon, D. Lucchesi, H. Luo, A. Lupato, E. Luppi, O. Lupton, F. Machefert, F. Maciuc, O. Maev, S. Malde, A. Malinin, G. Manca, G. Mancinelli, P. Manning, A. Mapelli, J. Maratas, J. F. Marchand, U. Marconi, C. Marin Benito, P. Marino, R. Märki, J. Marks, G. Martellotti, M. Martinelli, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, D. Martins Tostes, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, Z. Mathe, C. Matteuzzi, A. Mauri, B. Maurin, A. Mazurov, M. McCann, J. McCarthy, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, F. Meier, M. Meissner, M. Merk, D. A. Milanes, M. -N. Minard, D. S. Mitzel, J. Molina Rodriguez, S. Monteil, M. Morandin, P. Morawski, A. Mordà, M. J. Morello, J. Moron, A. -B. Morris, R. Mountain, F. Muheim, K. Müller, 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, V. Niess, R. Niet, N. Nikitin, T. Nikodem, A. Novoselov, D. P. O'Hanlon, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, S. Ogilvy, O. Okhrimenko, R. Oldeman, C. J. G. Onderwater, B. Osorio Rodrigues, J. M. Otalora Goicochea, A. Otto, P. Owen, A. Oyanguren, A. Palano, F. Palombo, M. Palutan, J. Panman, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Parkes, G. Passaleva, G. D. Patel, M. Patel, C. Patrignani, A. Pearce, A. Pellegrino, G. Penso, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, P. Perret, L. Pescatore, K. Petridis, A. Petrolini, E. Picatoste Olloqui, B. Pietrzyk, T. Pilař, D. Pinci, A. Pistone, S. Playfer, M. Plo Casasus, T. Poikela, F. Polci, A. Poluektov, I. Polyakov, E. Polycarpo, A. Popov, D. Popov, B. Popovici, C. Potterat, E. Price, J. D. Price, J. Prisciandaro, A. Pritchard, C. Prouve, V. Pugatch, A. Puig Navarro, G. Punzi, W. Qian, R. Quagliani, B. Rachwal, J. H. Rademacker, B. Rakotomiaramanana, M. Rama, M. S. Rangel, I. Raniuk, N. Rauschmayr, G. Raven, F. Redi, S. Reichert, M. M. Reid, A. C. dos Reis, S. Ricciardi, S. Richards, M. Rihl, K. Rinnert, V. Rives Molina, P. Robbe, A. B. Rodrigues, E. Rodrigues, J. A. Rodriguez Lopez, P. Rodriguez Perez, S. Roiser, V. Romanovsky, A. Romero Vidal, M. Rotondo, J. Rouvinet, T. Ruf, H. Ruiz, P. Ruiz Valls, 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, A. Sarti, C. Satriano, A. Satta, D. M. Saunders, 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, A. Semennikov, 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, I. Skillicorn, 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, P. Spradlin, S. Sridharan, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, O. Steinkamp, O. Stenyakin, F. Sterpka, S. Stevenson, S. Stoica, S. Stone, B. Storaci, S. Stracka, M. Straticiuc, U. Straumann, R. Stroili, L. Sun, W. Sutcliffe, K. Swientek, S. Swientek, V. Syropoulos, M. Szczekowski, P. Szczypka, T. Szumlak, S. T'Jampens, M. Teklishyn, G. Tellarini, F. Teubert, C. Thomas, E. Thomas, J. van Tilburg, V. Tisserand, M. Tobin, J. Todd, S. Tolk, L. Tomassetti, D. Tonelli, S. Topp-Joergensen, N. Torr, E. Tournefier, S. Tourneur, K. Trabelsi, M. T. Tran, M. Tresch, A. Trisovic, A. Tsaregorodtsev, P. Tsopelas, N. Tuning, A. Ukleja, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, C. Vacca, 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, J. V. Viana Barbosa, B. Viaud, D. Vieira, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, A. Vollhardt, D. Volyanskyy, D. Voong, A. Vorobyev, V. Vorobyev, C. 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, A. Weiden, M. Whitehead, D. Wiedner, G. Wilkinson, M. Wilkinson, M. Williams, M. P. Williams, M. Williams, F. F. Wilson, J. Wimberley, J. Wishahi, W. Wislicki, M. Witek, G. Wormser, S. A. Wotton, S. Wright, K. Wyllie, Y. Xie, Z. Xu, Z. Yang, X. Yuan, O. Yushchenko, M. Zangoli, M. Zavertyaev, L. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, A. Zhokhov, L. Zhong

Published 2015-03-26Version 1

Proton-proton collision data recorded in 2011 and 2012 by the \lhcb experiment, co\-rres\-pon\-ding to an integrated luminosity of 3.0\invfb, are a\-na\-lysed to search for the charmless ${B^0 \to \rho^0 \rho^0}$ decay. More than 600 ${\B^0 \to (\pi^+\pi^-)(\pi^+\pi^-)}$ signal decays are selected and used to perform an amplitude analysis from which the ${B^0 \to \rho^0 \rho^0}$ decay is observed for the first time with 7.1 standard deviations significance. The fraction of ${B^0 \to \rho^0 \rho^0}$ decays yielding a longitudinally polarised final state is measured to be $\fL = 0.745^{+0.048}_{-0.058} ({\rm stat}) \pm 0.034 ({\rm syst})$. The ${B^0 \to \rho^0 \rho^0}$ branching fraction, using the ${\B^0 \to \phi K^*(892)^{0}}$ decay as reference, is also reported as ${\BF(B^0 \to \rho^0 \rho^0) = (0.94 \pm 0.17 ({\rm stat}) \pm 0.09 ({\rm syst}) \pm 0.06 ({\rm BF})) \times 10^{-6}}$.