First observation of the $$ {\Lambda}_b^0 $$ → D+D−Λ decay

A bstract The $$ {\Lambda}_b^0 $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:math> → D + D − Λ decay is observed for the first time using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 5 . 3 fb − 1 . Using the B 0 → $$ {D}^{+}{D}^{-}{K}_S^0 $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:msubsup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:math> decay as a reference channel, the product of the relative production cross-section and decay branching fractions is measured to be $$ \mathcal{R}=\frac{\sigma_{\Lambda_b^0}}{\sigma_{B^0}}=\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}{D}^{-}\Lambda \right)}{\mathcal{B}\left({B}^0\to {D}^{+}{D}^{-}{K}_{\textrm{S}}^0\right)}=0.179\pm 0.022\pm 0.014, $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mfrac> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> </mml:msub> </mml:mfrac> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:mi>Λ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:msubsup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0.179</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.022</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.014</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:math> where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. The known branching fraction of the reference channel, $$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {D}^{+}{D}^{-}{K}_{\textrm{S}}^0\right) $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:msubsup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> , and the cross-section ratio, $$ {\sigma}_{\Lambda_b^0}/{\sigma}_{B^0} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> </mml:msub> </mml:math> , previously measured by LHCb are used to derive the branching fraction of the $$ {\Lambda}_b^0 $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:math> → D + D − Λ decay $$ \mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}{D}^{-}\Lambda \right)=\left(1.24\pm 0.15\pm 0.10\pm 0.28\pm 0.11\right)\times {10}^{-4}, $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>Λ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>D</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:mi>Λ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:mn>1.24</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.15</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.10</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo>