Observation of time-dependent CP violation and measurement of the branching fraction of B0 →J/psi pi0 decays

Adachi, I.; Aggarwal, L.; Ahmed, H.; Aihara, H.; Akopov, N.; Aloisio, A.; Althubiti, N.; Anh Ky, N.; Asner, D.  m.; Atmacan, H.; Aushev, V.; Aversano, M.; Ayad, R.; Babu, V.; Bae, H.; Baghel, N.  k.; Bahinipati, S.; Bambade, P.; Banerjee, Sw.; Bansal, S.; Baudot, J.; Baur, A.; Beaubien, A.; Becherer, F.; Becker, J.; Bennett, J.  v.; Bernlochner, F.  u.; Bertacchi, V.; Bertemes, M.; Bertholet, E.; Bessner, M.; Bettarini, S.; Bhardwaj, V.; Bianchi, F.; Bilka, T.; Biswas, D.; Bobrov, A.; Bodrov, D.; Bondar, A.; Borah, J.; Boschetti, A.; Bozek, A.; Bračko, M.; Branchini, P.; Briere, R.  a.; Browder, T.  e.; Budano, A.; Bussino, S.; Campagna, Q.; Campajola, M.; Cao, L.; Casarosa, G.; Cecchi, C.; Cerasoli, J.; Chang, M. -C.; Chang, P.; Cheaib, R.; Cheema, P.; Chen, C.; Cheon, B.  g.; Chilikin, K.; Chirapatpimol, K.; Cho, H. -E.; Cho, K.; Cho, S. -J.; Choi, S. -K.; Choudhury, S.; Cochran, J.; Corona, L.; Cui, J.  x.; De La Cruz-Burelo, E.; De La Motte, S.  a.; De Nardo, G.; De Pietro, G.; De Sangro, R.; Destefanis, M.; Dhamija, R.; Di Canto, A.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Doležal, Z.; Dong, T.  v.; Dorigo, M.; Dubey, S.; Dugic, K.; Dujany, G.; Ecker, P.; Epifanov, D.; Feichtinger, P.; Ferber, T.; Fillinger, T.; Finck, C.; Finocchiaro, G.; Fodor, A.; Forti, F.; Fulsom, B.  g.; Gabrielli, A.; Ganiev, E.; Garcia-Hernandez, M.; Garg, R.; Gaudino, G.; Gaur, V.; Gaz, A.; Gellrich, A.; Ghevondyan, G.; Ghosh, D.; Ghumaryan, H.; Giakoustidis, G.; Giordano, R.; Giri, A.; Gironella, P.; Glazov, A.; Gobbo, B.; Godang, R.; Gogota, O.; Goldenzweig, P.; Gradl, W.; Granderath, S.; Graziani, E.; Gruberová, Z.; Guan, Y.; Gudkova, K.; Haide, I.; Han, Y.; Hara, T.; Hayashii, H.; Hazra, S.; Hearty, C.; Heidelbach, A.; Heredia De La Cruz, I.; Hernández Villanueva, M.; Higuchi, T.; Hoek, M.; Hohmann, M.; Hoppe, R.; Horak, P.; Hsu, C. -L.; Humair, T.; Iijima, T.; Inami, K.; Ipsita, N.; Ishikawa, A.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jackson, P.; Jacobs, W.  w.; Jang, E. -J.; Jia, S.; Jin, Y.; Johnson, A.; Joo, K.  k.; Junkerkalefeld, H.; Kalita, D.; Kandra, J.; Kang, K.  h.; Kang, S.; Kawasaki, T.; Keil, F.; Ketter, C.; Kiesling, C.; Kim, C. -H.; Kim, D.  y.; Kim, J. -Y.; Kim, K. -H.; Kim, Y. -K.; Kim, Y.  j.; Kinoshita, K.; Kodyš, P.; Koga, T.; Kohani, S.; Kojima, K.; Korobov, A.; Korpar, S.; Kovalenko, E.; Kowalewski, R.; Križan, P.; Krokovny, P.; Kuhr, T.; Kulii, Y.; Kumar, D.; Kumar, R.; Kumara, K.; Kunigo, T.; Kuzmin, A.; Kwon, Y. -J.; Lai, Y. -T.; Lalwani, K.; Lam, T.; Lau, T.  s.; Laurenza, M.; Leboucher, R.; Le Diberder, F.  r.; Lee, M.  j.; Lemettais, C.; Leo, P.; L.  k., Li; Q.  m., Li; W.  z., Li; Li, Y.; Y.  b., Li; Liao, Y.  p.; Libby, J.; Lin, J.; Liu, M.  h.; Liu, Q.  y.; Liu, Y.; Liu, Z.  q.; Liventsev, D.; Longo, S.; Lueck, T.; Lyu, C.; Maggiora, M.; Maharana, S.  p.; Maiti, R.; Mancinelli, G.; Manfredi, R.; Manoni, E.; Mantovano, M.; Marcantonio, D.; Marcello, S.; Marinas, C.; Martellini, C.; Martens, A.; Martini, A.; Martinov, T.; Massaccesi, L.; Masuda, M.; Maurya, S.  k.; Mckenna, J.  a.; Mehta, R.; Meier, F.; Merola, M.; Miller, C.; Mirra, M.; Mitra, S.; Miyabayashi, K.; Mohanty, G.  b.; Mondal, S.; Moneta, S.; Moser, H. -G.; Mussa, R.; Nakamura, I.; Nakao, M.; Nakazawa, Y.; Naruki, M.; Natkaniec, Z.; Natochii, A.; Nayak, M.; Nazaryan, G.; Neu, M.; Nishida, S.; Ogawa, S.; Ono, H.; Onuki, Y.; Otani, F.; Pakhlov, P.; Pakhlova, G.; Paoloni, E.; Pardi, S.; Park, H.; Park, J.; Park, K.; Park, S. -H.; Paschen, B.; Passeri, A.; Pedlar, T.  k.; Peruzzi, I.; Peschke, R.; Pestotnik, R.; Piccolo, M.; Piilonen, L.  e.; Podobnik, T.; Pokharel, S.; Praz, C.; Prell, S.; Prencipe, E.; Prim, M.  t.; Prudiiev, I.; Purwar, H.; Rados, P.; Raeuber, G.; Raiz, S.; Rauls, N.; Reif, M.; Reiter, S.; Remnev, M.; Reuter, L.; Ripp-Baudot, I.; Rizzo, G.; Roehrken, M.; Roney, J.  m.; Rostomyan, A.; Rout, N.; Sanders, D.  a.; Sandilya, S.; Santelj, L.; Savinov, V.; Scavino, B.; Schmitt, C.; Schneider, S.; Schnepf, M.; Schoenning, K.; Schwanda, C.; Schwartz, A.  j.; Seino, Y.; Selce, A.; Senyo, K.; Serrano, J.; Sevior, M.  e.; Sfienti, C.; Shan, W.; Sharma, C.; Shen, C.  p.; Shi, X.  d.; Shillington, T.; Shimasaki, T.; Shiu, J. -G.; Shtol, D.; Shwartz, B.; Sibidanov, A.; Simon, F.; Singh, J.  b.; Skorupa, J.; Sobie, R.  j.; Sobotzik, M.; Soffer, A.; Sokolov, A.; Solovieva, E.; Spataro, S.; Spruck, B.; Song, W.; Starič, M.; Stavroulakis, P.; Stefkova, S.; Stroili, R.; Strube, J.; Sue, Y.; Sumihama, M.; Sumisawa, K.; Sutcliffe, W.; Suwonjandee, N.; Svidras, H.; Takahashi, M.; Takizawa, M.; Tamponi, U.; Tanida, K.; Tenchini, F.; Thaller, A.; Tittel, O.; Tiwary, R.; Torassa, E.; Trabelsi, K.; Tsaklidis, I.; Uchida, M.; Ueda, I.; Unger, K.; Unno, Y.; Uno, K.; Uno, S.; Urquijo, P.; Ushiroda, Y.; Vahsen, S.  e.; Van Tonder, R.; Veronesi, M.; Vismaya, V.  s.; Vitale, L.; Vobbilisetti, V.; Volpe, R.; Wakai, M.; Wallner, S.; Wang, M. -Z.; Wang, X.  l.; Wang, Z.; Warburton, A.; Watanuki, S.; Wessel, C.; Won, E.; X.  p., Xu; Yabsley, B.  d.; Yamada, S.; Yan, W.; Yelton, J.; Yin, J.  h.; Yoshihara, K.; Yusa, Y.; Zani, L.; Zeng, F.; Zhang, B.; Zhilich, V.; Zhou, J.  s.; Zhou, Q.  d.; Zhukova, V.  i.; Žlebčík, R.; Null, Null

doi:10.1103/physrevd.111.012011

We present a measurement of the branching fraction and time-dependent charge-parity (CP) decay-rate asymmetries in B0→J/ψπ0 decays. The data sample was collected with the Belle II detector at the SuperKEKB asymmetric e+e- collider in 2019-2022 and contains (387±6)×106 BB¯ meson pairs from ϒ(4S) decays. We reconstruct 392±24 signal decays and fit the CP parameters from the distribution of the proper-decay-time difference of the two B mesons. We measure the branching fraction to be (B0→J/ψπ0)=(2.00±0.12±0.09)×10-5 and the direct and mixing-induced CP asymmetries to be CCP=0.13±0.12±0.03 and SCP=-0.88±0.17±0.03, respectively, where the first uncertainties are statistical and the second are systematic. We observe mixing-induced CP violation with a significance of 5.0 standard deviations for the first time in this mode.