Strong constraints on the b → sγ photon polarisation from B0 → K*0e+e− decays
Authors:   The LHCb collaboration, Aaij R. , Abellán Beteta C. , Ackernley T. , Adeva B. , Adinolfi M. , Afsharnia H. , Aidala C. A. , Aiola S. , Ajaltouni Z. , Akar S. , Albrecht J. , Alessio F. , Alexander M. , Alfonso Albero A. , Aliouche Z. , Alkhazov G. , Alvarez Cartelle P. , Amato S. , Amhis Y. , An L. , Anderlini L. , Andreianov A. , Andreotti M. , Archilli F. , Artamonov A. , Artuso M. , Arzymatov K. , Aslanides E. , Atzeni M. , Audurier B. , Bachmann S. , Bachmayer M. , Back J. J. , Baker S. , Baladron Rodriguez P. , Balagura V. , Baldini W. , Baptista Leite J. , Barlow R. J. , Barsuk S. , Barter W. , Bartolini M. , Baryshnikov F. , Basels J. M. , Bassi G. , Batsukh B. , Battig A. , Bay A. , Becker M. , Bedeschi F. , Bediaga I. , Beiter A. , Belavin V. , Belin S. , Bellee V. , Belous K. , Belov I. , Belyaev I. , Bencivenni G. , Ben-Haim E. , Berezhnoy A. , Bernet R. , Berninghoff D. , Bernstein H. C. , Bertella C. , Bertholet E. , Bertolin A. , Betancourt C. , Betti F. , Bettler M. O. , Bezshyiko Ia. , Bhasin S. , Bhom J. , Bian L. , Bieker M. S. , Bifani S. , Billoir P. , Birch M. , Bishop F. C. R. , Bizzeti A. , Bjørn M. , Blago M. P. , Blake T. , Blanc F. , Blusk S. , Bobulska D. , Bocci V. , Boelhauve J. A. , Boente Garcia O. , Boettcher T. , Boldyrev A. , Bondar A. , Bondar N. , Borghi S. , Borisyak M. , Borsato M. , Borsuk J. T. , Bouchiba S. A. , Bowcock T. J. V. , Boyer A. , Bozzi C. , Bradley M. J. , Brandt J. T. , Braun S. , Brea Rodriguez A. , Brodski M. , Brodzicka J. , Brossa Gonzalo A. , Brundu D. , Buonaura A. , Burr C. , Bursche A. , Butkevich A. , Butter J. S. , Buytaert J. , Byczynski W. , Cadeddu S. , Cai H. , Calabrese R. , Calefice L. , Calero Diaz L. , Cali S. , Calladine R. , Calvi M. , Calvo Gomez M. , Camargo Magalhaes P. , Camboni A. , Campana P. , Campora Perez D. H. , Campoverde Quezada A. F. , Capelli S. , Capriotti L. , Carbone A. , Carboni G. , Cardinale R. , Cardini A. , Carli I. , Carniti P. , Carvalho Akiba K. , Casais Vidal A. , Casse G. , Cattaneo M. , Cavallero G. , Celani S. , Cerasoli J. , Chadwick A. J. , Chapman M. G. , Charles M. , Charpentier Ph. , Chatzikonstantinidis G. , Chavez Barajas C. A. , Chefdeville M. , Chen C. , Chen S. , Chernov A. , Chitic S.-G. , Chobanova V. , Cholak S. , Chrzaszcz M. , Chubykin A. , Chulikov V. , Ciambrone P. , Cicala M. F. , Cid Vidal X. , Ciezarek G. , Clarke P. E. L. , Clemencic M. , Cliff H. V. , Closier J. , Cobbledick J. L. , Coco V. , Coelho J. A. B. , Cogan J. , Cogneras E. , Cojocariu L. , Collins P. , Colombo T. , Congedo L. , Contu A. , Cooke N. , Coombs G. , Corti G. , Costa Sobral C. M. , Couturier B. , Craik D. C. , Crkovská J. , Cruz Torres M. , Currie R. , Da Silva C. L. , Dall’Occo E. , Dalseno J. , D’Ambrosio C. , Danilina A. , d’Argent P. , Davis A. , De Aguiar Francisco O. , De Bruyn K. , De Capua S. , De Cian M. , De Miranda J. M. , De Paula L. , De Serio M. , De Simone D. , De Simone P. , de Vries J. A. , Dean C. T. , Dean W. , Decamp D. , Del Buono L. , Delaney B. , Dembinski H.-P. , Dendek A. , Denysenko V. , Derkach D. , Deschamps O. , Desse F. , Dettori F. , Dey B. , Di Nezza P. , Didenko S. , Dieste Maronas L. , Dijkstra H. , Dobishuk V. , Donohoe A. M. , Dordei F. , Dorigo M. , dos Reis A. C. , Douglas L. , Dovbnya A. , Downes A. G. , Dreimanis K. , Dudek M. W. , Dufour L. , Duk V. , Durante P. , Durham J. M. , Dutta D. , Dziewiecki M. , Dziurda A. , Dzyuba A. , Easo S. , Egede U. , Egorychev V. , Eidelman S. , Eisenhardt S. , Ek-In S. , Eklund L. , Ely S. , Ene A. , Epple E. , Escher S. , Eschle J. , Esen S. , Evans T. , Falabella A. , Fan J. , Fan Y. , Fang B. , Farley N. , Farry S. , Fazzini D. , Fedin P. , Féo M. , Fernandez Declara P. , Fernandez Prieto A. , Fernandez-tenllado Arribas J. M. , Ferrari F. , Ferreira Lopes L. , Ferreira Rodrigues F. , Ferreres Sole S. , Ferrillo M. , Ferro-Luzzi M. , Filippov S. , Fini R. A. , Fiorini M. , Firlej M. , Fischer K. M. , Fitzpatrick C. , Fiutowski T. , Fleuret F. , Fontana M. , Fontanelli F. , Forty R. , Franco Lima V. , Franco Sevilla M. , Frank M. , Franzoso E. , Frau G. , Frei C. , Friday D. A. , Fu J. , Fuehring Q. , Funk W. , Gabriel E. , Gaintseva T. , Gallas Torreira A. , Galli D. , Gallorini S. , Gambetta S. , Gan Y. , Gandelman M. , Gandini P. , Gao Y. , Garau M. , Garcia Martin L. M. , Garcia Moreno P. , García Pardiñas J. , Garcia Plana B. , Garcia Rosales F. A. , Garrido L. , Gascon D. , Gaspar C. , Geertsema R. E. , Gerick D. , Gerken L. L. , Gersabeck E. , Gersabeck M. , Gershon T. , Gerstel D. , Ghez Ph. , Gibson V. , Giovannetti M. , Gioventù A. , Gironella Gironell P. , Giubega L. , Giugliano C. , Gizdov K. , Gkougkousis E. L. , Gligorov V. V. , Göbel C. , Golobardes E. , Golubkov D. , Golutvin A. , Gomes A. , Gomez Fernandez S. , Goncalves Abrantes F. , Goncerz M. , Gong G. , Gorbounov P. , Gorelov I. V. , Gotti C. , Govorkova E. , Grabowski J. P. , Graciani Diaz R. , Grammatico T. , Granado Cardoso L. A. , Graugés E. , Graverini E. , Graziani G. , Grecu A. , Greeven L. M. , Griffith P. , Grillo L. , Gromov S. , Gruber L. , Gruberg Cazon B. R. , Gu C. , Guarise M. , Günther P. A. , Gushchin E. , Guth A. , Guz Y. , Gys T. , Hadavizadeh T. , Haefeli G. , Haen C. , Haimberger J. , Haines S. C. , Halewood-leagas T. , Hamilton P. M. , Han Q. , Han X. , Hancock T. H. , Hansmann-Menzemer S. , Harnew N. , Harrison T. , Hasse C. , Hatch M. , He J. , Hecker M. , Heijhoff K. , Heinicke K. , Hennequin A. M. , Hennessy K. , Henry L. , Heuel J. , Hicheur A. , Hill D. , Hilton M. , Hollitt S. E. , Hopchev P. H. , Hu J. , Hu J. , Hu W. , Huang W. , Huang X. , Hulsbergen W. , Hunter R. J. , Hushchyn M. , Hutchcroft D. , Hynds D. , Ibis P. , Idzik M. , Ilin D. , Ilten P. , Inglessi A. , Ishteev A. , Ivshin K. , Jacobsson R. , Jakobsen S. , Jans E. , Jashal B. K. , Jawahery A. , Jevtic V. , Jezabek M. , Jiang F. , John M. , Johnson D. , Jones C. R. , Jones T. P. , Jost B. , Jurik N. , Kandybei S. , Kang Y. , Karacson M. , Kariuki J. M. , Kazeev N. , Kecke M. , Keizer F. , Kenzie M. , Ketel T. , Khanji B. , Kharisova A. , Kholodenko S. , Kim K. E. , Kirn T. , Kirsebom V. S. , Kitouni O. , Klaver S. , Klimaszewski K. , Koliiev S. , Kondybayeva A. , Konoplyannikov A. , Kopciewicz P. , Kopecna R. , Koppenburg P. , Korolev M. , Kostiuk I. , Kot O. , Kotriakhova S. , Kravchenko P. , Kravchuk L. , Krawczyk R. D. , Kreps M. , Kress F. , Kretzschmar S. , Krokovny P. , Krupa W. , Krzemien W. , Kucewicz W. , Kucharczyk M. , Kudryavtsev V. , Kuindersma H. S. , Kunde G. J. , Kvaratskheliya T. , Lacarrere D. , Lafferty G. , Lai A. , Lampis A. , Lancierini D. , Lane J. J. , Lane R. , Lanfranchi G. , Langenbruch C. , Langer J. , Lantwin O. , Latham T. , Lazzari F. , Le Gac R. , Lee S. H. , Lefèvre R. , Leflat A. , Legotin S. , Leroy O. , Lesiak T. , Leverington B. , Li H. , Li L. , Li P. , Li X. , Li Y. , Li Y. , Li Z. , Liang X. , Lin T. , Lindner R. , Lisovskyi V. , Litvinov R. , Liu G. , Liu H. , Liu S. , Liu X. , Loi A. , Lomba Castro J. , Longstaff I. , Lopes J. H. , Loustau G. , Lovell G. H. , Lu Y. , Lucchesi D. , Luchuk S. , Lucio Martinez M. , Lukashenko V. , Luo Y. , Lupato A. , Luppi E. , Lupton O. , Lusiani A. , Lyu X. , Ma L. , Maccolini S. , Machefert F. , Maciuc F. , Macko V. , Mackowiak P. , Maddrell-Mander S. , Madejczyk O. , Madhan Mohan L. R. , Maev O. , Maevskiy A. , Maisuzenko D. , Majewski M. W. , Malde S. , Malecki B. , Malinin A. , Maltsev T. , Malygina H. , Manca G. , Mancinelli G. , Manera Escalero R. , Manuzzi D. , Marangotto D. , Maratas J. , Marchand J. F. , Marconi U. , Mariani S. , Marin Benito C. , Marinangeli M. , Marino P. , Marks J. , Marshall P. J. , Martellotti G. , Martinazzoli L. , Martinelli M. , Martinez Santos D. , Martinez Vidal F. , Massafferri A. , Materok M. , Matev R. , Mathad A. , Mathe Z. , Matiunin V. , Matteuzzi C. , Mattioli K. R. , Mauri A. , Maurice E. , Mauricio J. , Mazurek M. , McCann M. , Mcconnell L. , Mcgrath T. H. , McNab A. , McNulty R. , Mead J. V. , Meadows B. , Meaux C. , Meier G. , Meinert N. , Melnychuk D. , Meloni S. , Merk M. , Merli A. , Meyer Garcia L. , Mikhasenko M. , Milanes D. A. , Millard E. , Milovanovic M. , Minard M.-N. , Minzoni L. , Mitchell S. E. , Mitreska B. , Mitzel D. S. , Mödden A. , Mohammed R. A. , Moise R. D. , Mombächer T. , Monroy I. A. , Monteil S. , Morandin M. , Morello G. , Morello M. J. , Moron J. , Morris A. B. , Morris A. G. , Mountain R. , Mu H. , Muheim F. , Mukherjee M. , Mulder M. , Müller D. , Müller K. , Murphy C. H. , Murray D. , Muzzetto P. , Naik P. , Nakada T. , Nandakumar R. , Nanut T. , Nasteva I. , Needham M. , Neri I. , Neri N. , Neubert S. , Neufeld N. , Newcombe R. , Nguyen T. D. , Nguyen-Mau C. , Niel E. M. , Nieswand S. , Nikitin N. , Nolte N. S. , Nunez C. , Oblakowska-Mucha A. , Obraztsov V. , O’Hanlon D. P. , Oldeman R. , Onderwater C. J. G. , Ossowska A. , Otalora Goicochea J. M. , Ovsiannikova T. , Owen P. , Oyanguren A. , Pagare B. , Pais P. R. , Pajero T. , Palano A. , Palutan M. , Pan Y. , Panshin G. , Papanestis A. , Pappagallo M. , Pappalardo L. L. , Pappenheimer C. , Parker W. , Parkes C. , Parkinson C. J. , Passalacqua B. , Passaleva G. , Pastore A. , Patel M. , Patrignani C. , Pawley C. J. , Pearce A. , Pellegrino A. , Pepe Altarelli M. , Perazzini S. , Pereima D. , Perret P. , Petridis K. , Petrolini A. , Petrov A. , Petrucci S. , Petruzzo M. , Philippov A. , Pica L. , Piccini M. , Pietrzyk B. , Pietrzyk G. , Pili M. , Pinci D. , Pinzino J. , Pisani F. , Piucci A. , Resmi P. K , Placinta V. , Playfer S. , Plews J. , Plo Casasus M. , Polci F. , Poli Lener M. , Poliakova M. , Poluektov A. , Polukhina N. , Polyakov I. , Polycarpo E. , Pomery G. J. , Ponce S. , Popov A. , Popov D. , Popov S. , Poslavskii S. , Prasanth K. , Promberger L. , Prouve C. , Pugatch V. , Puig Navarro A. , Pullen H. , Punzi G. , Qian W. , Qin J. , Quagliani R. , Quintana B. , Raab N. V. , Rabadan Trejo R. I. , Rachwal B. , Rademacker J. H. , Rama M. , Ramos Pernas M. , Rangel M. S. , Ratnikov F. , Raven G. , Reboud M. , Redi F. , Reiss F. , Remon Alepuz C. , Ren Z. , Renaudin V. , Ribatti R. , Ricciardi S. , Richards D. S. , Rinnert K. , Robbe P. , Robert A. , Robertson G. , Rodrigues A. B. , Rodrigues E. , Rodriguez Lopez J. A. , Rollings A. , Roloff P. , Romanovskiy V. , Romero Lamas M. , Romero Vidal A. , Roth J. D. , Rotondo M. , Rudolph M. S. , Ruf T. , Ruiz Vidal J. , Ryzhikov A. , Ryzka J. , Saborido Silva J. J. , Sagidova N. , Sahoo N. , Saitta B. , Sanchez Gonzalo D. , Sanchez Gras C. , Sanchez Mayordomo C. , Santacesaria R. , Santamarina Rios C. , Santimaria M. , Santovetti E. , Saranin D. , Sarpis G. , Sarpis M. , Sarti A. , Satriano C. , Satta A. , Saur M. , Savrina D. , Sazak H. , Scantlebury Smead L. G. , Schael S. , Schellenberg M. , Schiller M. , Schindler H. , Schmelling M. , Schmelzer T. , Schmidt B. , Schneider O. , Schopper A. , Schubiger M. , Schulte S. , Schune M. H. , Schwemmer R. , Sciascia B. , Sciubba A. , Sellam S. , Semennikov A. , Senghi Soares M. , Sergi A. , Serra N. , Serrano J. , Sestini L. , Seuthe A. , Seyfert P. , Shangase D. M. , Shapkin M. , Shchemerov I. , Shchutska L. , Shears T. , Shekhtman L. , Shen Z. , Shevchenko V. , Shields E. B. , Shmanin E. , Shupperd J. D. , Siddi B. G. , Silva Coutinho R. , Simi G. , Simone S. , Skiba I. , Skidmore N. , Skwarnicki T. , Slater M. W. , Smallwood J. C. , Smeaton J. G. , Smetkina A. , Smith E. , Smith M. , Snoch A. , Soares M. , Soares Lavra L. , Sokoloff M. D. , Soler F. J. P. , Solovev A. , Solovyev I. , Souza De Almeida F. L. , Souza De Paula B. , Spaan B. , Spadaro Norella E. , Spradlin P. , Stagni F. , Stahl M. , Stahl S. , Stefko P. , Steinkamp O. , Stemmle S. , Stenyakin O. , Stevens H. , Stone S. , Stramaglia M. E. , Straticiuc M. , Strekalina D. , Strokov S. , Suljik F. , Sun J. , Sun L. , Sun Y. , Svihra P. , Swallow P. N. , Swientek K. , Szabelski A. , Szumlak T. , Szymanski M. , Taneja S. , Tang Z. , Tekampe T. , Teubert F. , Thomas E. , Thomson K. A. , Tilley M. J. , Tisserand V. , T’Jampens S. , Tobin M. , Tolk S. , Tomassetti L. , Torres Machado D. , Tou D. Y. , Traill M. , Tran M. T. , Trifonova E. , Trippl C. , Tsaregorodtsev A. , Tuci G. , Tully A. , Tuning N. , Ukleja A. , Unverzagt D. J. , Usachov A. , Ustyuzhanin A. , Uwer U. , Vagner A. , Vagnoni V. , Valassi A. , Valenti G. , Canudas N. Valls , van Beuzekom M. , Van Hecke H. , van Herwijnen E. , Van Hulse C. B. , van Veghel M. , Vazquez Gomez R. , Vazquez Regueiro P. , Vázquez Sierra C. , Vecchi S. , Velthuis J. J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Veronesi M. , Vesterinen M. , Vieira D. , Vieites Diaz M. , Viemann H. , Vilasis-Cardona X. , Vilella Figueras E. , Vincent P. , Vitali G. , Vollhardt A. , Vom Bruch D. , Vorobyev A. , Vorobyev V. , Voropaev N. , Waldi R. , Walsh J. , Wang C. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang M. , Wang R. , Wang Y. , Wang Z. , Ward D. R. , Wark H. M. , Watson N. K. , Weber S. G. , Websdale D. , Weisser C. , Westhenry B. D. C. , White D. J. , Whitehead M. , Wiedner D. , Wilkinson G. , Wilkinson M. , Williams I. , Williams M. , Williams M. R. J. , Wilson F. F. , Wislicki W. , Witek M. , Witola L. , Wormser G. , Wotton S. A. , Wu H. , Wyllie K. , Xiang Z. , Xiao D. , Xie Y. , Xing H. , Xu A. , Xu J. , Xu L. , Xu M. , Xu Q. , Xu Z. , Xu Z. , Yang D. , Yang Y. , Yang Z. , Yang Z. , Yao Y. , Yeomans L. E. , Yin H. , Yu J. , Yuan X. , Yushchenko O. , Zarebski K. A. , Zavertyaev M. , Zdybal M. , Zenaiev O. , Zeng M. , Zhang D. , Zhang L. , Zhang S. , Zhang Y. , Zhang Y. , Zhelezov A. , Zheng Y. , Zhou X. , Zhou Y. , Zhu X. , Zhukov V. , Zonneveld J. B. , Zucchelli S. , Zuliani D. , Zunica G. 
Published: December 2020

Abstract

An angular analysis of the B0 → K*0e+e− decay is performed using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 9 fb−1 of pp collisions collected with the LHCb experiment. The analysis is conducted in the very low dielectron mass squared (q2) interval between 0.0008 and 0.257 GeV2, where the rate is dominated by the B0 → K*0γ transition with a virtual photon. The fraction of longitudinal polarisation of the K*0 meson, FL, is measured to be FL = (4.4 ± 2.6 ± 1.4)%, where the first uncertainty is statistical and the second systematic. The $$ {A}_{\mathrm{T}}^{\mathrm{Re}} $$

A
T
Re

observable, which is related to the lepton forward-backward asymmetry, is measured to be $$ {A}_{\mathrm{T}}^{\mathrm{Re}} $$

A
T
Re

= −0.06 ± 0.08 ± 0.02. The $$ {A}_{\mathrm{T}}^{(2)} $$

A
T

2

and $$ {A}_{\mathrm{T}}^{\mathrm{Im}} $$

A
T
Im

transverse asymmetries, which are sensitive to the virtual photon polarisation, are found to be $$ {A}_{\mathrm{T}}^{(2)} $$

A
T

2

= 0.11 ± 0.10 ± 0.02 and $$ {A}_{\mathrm{T}}^{\mathrm{Im}} $$

A
T
Im

= 0.02 ± 0.10 ± 0.01. The results are consistent with Standard Model predictions and provide the world’s best constraint on the b → sγ photon polarisation.