Observation of the semileptonic decays $D^0\rightarrow K_S^0π^-π^0 e^+ ν_e$ and $D^+\rightarrow K_S^0π^+π^- e^+ ν_e$

• DOI: 10.48550/arxiv.2403.19091
• Publication Date: 2024-01-01
• Authors: BESIII Collaboration; Ablikim, M.; Achasov, M. N.; Adlarson, P.; Ai, X. C.; Aliberti, R.; Amoroso, A.; An, M. R.; An, Q.; Bai, Y.; Bakina, O.; Balossino, I.; Ban, Y.; Batozskaya, V.; Begzsuren, K.; Berger, N.; Berlowski, M.; Bertani, M.; Bettoni, D.; Bianchi, F.; Bianco, E.; Bortone, A.; Boyko, I.; Briere, R. A.; Brueggemann, A.; Cai, H.; Cai, X.; Calcaterra, A.; Cao, G. F.; Cao, N.; Cetin, S. A.; Chang, J. F.; Chang, T. T.; Chang, W. L.; Che, G. R.; Chelkov, G.; Chen, C.; Chen, Chao; Chen, G.; Chen, H. S.; Chen, M. L.; Chen, S. J.; Chen, S. M.; Chen, T.; Chen, X. R.; Chen, X. T.; Chen, Y. B.; Chen, Y. Q.; Chen, Z. J.; Cheng, W. S.; Choi, S. K.; Chu, X.; Cibinetto, G.; Coen, S. C.; Cossio, F.; Cui, J. J.; Dai, H. L.; Dai, J. P.; Dbeyssi, A.; de Boer, R. E.; Dedovich, D.; Deng, Z. Y.; Denig, A.; Denysenko, I.; Destefanis, M.; De Mori, F.; Ding, B.; Ding, X. X.; Ding, Y.; Ding, Y.; Dong, J.; Dong, L. Y.; Dong, M. Y.; Dong, X.; Du, M. C.; Du, S. X.; Duan, Z. H.; Egorov, P.; Fan, Y. L.; Fang, J.; Fang, S. S.; Fang, W. X.; Fang, Y.; Farinelli, R.; Fava, L.; Feldbauer, F.; Felici, G.; Feng, C. Q.; Feng, J. H.; Fischer, K; Fritsch, M.; Fritzsch, C.; Fu, C. D.; Fu, J. L.; Fu, Y. W.; Gao, H.; Gao, Y. N.; Gao, Yang; Garbolino, S.; Garzia, I.; Ge, P. T.; Ge, Z. W.; Geng, C.; Gersabeck, E. M.; Gilman, A; Goetzen, K.; Gong, L.; Gong, W. X.; Gradl, W.; Gramigna, S.; Greco, M.; Gu, M. H.; Gu, Y. T.; Guan, C. Y; Guan, Z. L.; Guo, A. Q.; Guo, L. B.; Guo, M. J.; Guo, R. P.; Guo, Y. P.; Guskov, A.; Han, T. T.; Han, W. Y.; Hao, X. Q.; Harris, F. A.; He, K. K.; He, K. L.; Heinsius, F. H. H.; Heinz, C. H.; Heng, Y. K.; Herold, C.; Holtmann, T.; Hong, P. C.; Hou, G. Y.; Hou, X. T.; Hou, Y. R.; Hou, Z. L.; Hu, H. M.; Hu, J. F.; Hu, T.; Hu, Y.; Huang, G. S.; Huang, K. X.; Huang, L. Q.; Huang, X. T.; Huang, Y. P.; Hussain, T.; Hüsken, N; Imoehl, W.; Jackson, J.; Jaeger, S.; Janchiv, S.; Jeong, J. H.; Ji, Q.; Ji, Q. P.; Ji, X. B.; Ji, X. L.; Ji, Y. Y.; Jia, X. Q.; Jia, Z. K.; Jiang, H. J.; Jiang, P. C.; Jiang, S. S.; Jiang, T. J.; Jiang, X. S.; Jiang, Y.; Jiao, J. B.; Jiao, Z.; Jin, S.; Jin, Y.; Jing, M. Q.; Johansson, T.; K., X.; Kabana, S.; Kalantar-Nayestan...; Kang, X. L.; Kang, X. S.; Kappert, R.; Kavatsyuk, M.; Ke, B. C.; Khoukaz, A.; Kiuchi, R.; Kliemt, R.; Kolcu, O. B.; Kopf, B.; Kuessner, M.; Kupsc, A.; Kühn, W.; Lane, J. J.; Larin, P.; Lavania, A.; Lavezzi, L.; Lei, T. T.; Lei, Z. H.; Leithoff, H.; Lellmann, M.; Lenz, T.; Li, C.; Li, C.; Li, C. H.; Messchendorp, J. G.; Mitchell, R. E.; Qi, T. Y.; Scodeggio, M.
• Keywords: High Energy Physics - Experiment (hep-ex); FOS: Physical sciences

By analyzing $e^+e^-$ annihilation data corresponding to an integrated luminosity of 2.93 $\rm fb^{-1}$ collected at a center-of-mass energy of 3.773 GeV with the \text{BESIII} detector, the first observation of the semileptonic decays $D^0\rightarrow K_S^0π^-π^0 e^+ ν_e$ and $D^+\rightarrow K_S^0π^+π^- e^+ ν_e$ is reported. With a dominant hadronic contribution from $K_1(1270)$, the branching fractions are measured to be $\mathcal{B}(D^0\rightarrow {K}_1(1270)^-(\to K^0_Sπ^-π^0)e^+ν_e)=(1.69^{+0.53}_{-0.46}\pm0.15)\times10^{-4}$ and $\mathcal{B}(D^+\to \bar{K}_1(1270)^0(\to K^0_Sπ^+π^-)e^+ν_e)=(1.47^{+0.45}_{-0.40}\pm0.20)\times10^{-4}$ with statistical significance of 5.4$σ$ and 5.6$σ$, respectively. When combined with measurements of the $K_1(1270)\to K^+π^-π$ decays, the absolute branching fractions are determined to be $\mathcal{B}(D^0\to K_1(1270)^-e^+ν_e)=(1.05^{+0.33}_{-0.28}\pm0.12\pm0.12)\times10^{-3}$ and $\mathcal{B}(D^+\to \bar{K}_1(1270)^0e^+ν_e)=(1.29^{+0.40}_{-0.35}\pm0.18\pm0.15)\times10^{-3}$. The first and second uncertainties are statistical and systematic, respectively, and the third uncertainties originate from the assumed branching fractions of the $K_1(1270)\to Kππ$ decays.<br/>19pages<br/>