Dalitz plot analysis of $B^0 \to \overline{D}^0 π^+π^-$ 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, R. Andreassen, M. Andreotti, J. E. Andrews, R. B. Appleby, O. Aquines Gutierrez, F. Archilli, P. d'Argent, 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, S. Belogurov, 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. Birnkraut, A. Bizzeti, 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, 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. Crocombe, 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, 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, D. Lucchesi, H. Luo, A. Lupato, E. Luppi, O. Lupton, F. Machefert, I. V. Machikhiliyan, 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, Z. Mathe, C. Matteuzzi, A. Mauri, B. Maurin, 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, 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, J. Müller, K. Müller, V. 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, M. Nicol, 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, B. K. Pal, A. Palano, F. Palombo, M. Palutan, J. Panman, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Parkes, C. J. Parkinson, 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, M. Petruzzo, E. Picatoste Olloqui, B. Pietrzyk, T. Pilař, D. Pinci, A. Pistone, S. Playfer, M. Plo Casasus, 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, 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, T. Schmelzer, 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, 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, T. Tekampe, 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, M. Ubeda Garcia, 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, 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, M. Whitehead, D. Wiedner, G. Wilkinson, M. Wilkinson, 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. Xing, Z. Xu, Z. Yang, X. Yuan, O. Yushchenko, M. Zangoli, M. Zavertyaev, L. Zhang, W. C. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, A. Zhokhov, L. Zhong

Published 2015-05-07Version 1

The resonant substructures of $B^0 \to \overline{D}^0 \pi^+\pi^-$ decays are studied with the Dalitz plot technique. In this study a data sample corresponding to an integrated luminosity of 3.0 fb$^{-1}$ of $pp$ collisions collected by the LHCb detector is used. The branching fraction of the $B^0 \to \overline{D}^0 \pi^+\pi^-$ decay in the region $m(\overline{D}^0\pi^{\pm})>2.1$ GeV$/c^2$ is measured to be $(8.46 \pm 0.14 \pm 0.29 \pm 0.40) \times 10^{-4}$, where the first uncertainty is statistical, the second is systematic and the last arises from the normalisation channel $B^0 \to D^*(2010)^-\pi^+$. The $\pi^+\pi^-$ S-wave components are modelled with the Isobar and K-matrix formalisms. Results of the Dalitz plot analyses using both models are presented. A resonant structure at $m(\overline{D}^0\pi^-) \approx 2.8$ GeV$/c^{2}$ is confirmed and its spin-parity is determined for the first time as $J^P = 3^-$. The branching fraction, mass and width of this structure are determined together with those of the $D^*_0(2400)^-$ and $D^*_2(2460)^-$ resonances. The branching fractions of other $B^0 \to \overline{D}^0 h^0$ decay components with $h^0 \to \pi^+\pi^-$ are also reported. Many of these branching fraction measurements are the most precise to date. The first observation of the decays $B^0 \to \overline{D}^0 f_0(500)$, $B^0 \to \overline{D}^0 f_0(980)$, $B^0 \to \overline{D}^0 \rho(1450)$, $B^0 \to D_3^*(2760)^- \pi^+$ and the first evidence of $B^0 \to \overline{D}^0 f_0(2020)$ are presented.