Observation of $D^0\to b_1(1235)^- e^+\nu_e$ and evidence for $D^+\to b_1(1235)^0 e^+\nu_e$

• DOI: 10.48550/arxiv.2407.20551
• Publication Date: 2024-01-01
• Authors: BESIII Collaboration; Ablikim, M.; Achasov, M. N.; Adlarson, P.; Afedulidis, O.; Ai, X. C.; Aliberti, R.; Amoroso, A.; An, Q.; Bai, Y.; Bakina, O.; Balossino, I.; Ban, Y.; Bao, H. -R.; 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.; Chai, X. Y.; Chang, J. F.; Che, G. R.; Che, Y. Z.; Chelkov, G.; Chen, C.; Chen, C. H.; Chen, Chao; Chen, G.; Chen, H. S.; Chen, H. Y.; Chen, M. L.; Chen, S. J.; Chen, S. L.; Chen, S. M.; Chen, T.; Chen, X. R.; Chen, X. T.; Chen, Y. B.; Chen, Y. Q.; Chen, Z. J.; Chen, Z. Y.; Choi, S. K.; Cibinetto, G.; Cossio, F.; Cui, J. J.; Dai, H. L.; Dai, J. P.; Dbeyssi, A.; de Boer, R. E.; Dedovich, D.; Deng, C. Q.; 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, Y. Y.; Duan, Z. H.; Egorov, P.; Fan, Y. H.; Fang, J.; Fang, J.; Fang, S. S.; Fang, W. X.; Fang, Y.; Fang, Y. Q.; Farinelli, R.; Fava, L.; Feldbauer, F.; Felici, G.; Feng, C. Q.; Feng, J. H.; Feng, Y. T.; Fritsch, M.; Fu, C. D.; Fu, J. L.; Fu, Y. W.; Gao, H.; Gao, X. B.; Gao, Y. N.; Gao, Yang; Garbolino, S.; Garzia, I.; Ge, L.; 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.; Guo, A. Q.; Guo, L. B.; Guo, M. J.; Guo, R. P.; Guo, Y. P.; Guskov, A.; Gutierrez, J.; Han, K. L.; Han, T. T.; Hanisch, F.; Hao, X. Q.; Harris, F. A.; He, K. K.; He, K. L.; Heinsius, F. 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, B. Y.; Hu, H. M.; Hu, J. F.; Hu, S. L.; Hu, T.; Hu, Y.; Huang, G. S.; Huang, K. X.; Huang, L. Q.; Huang, X. T.; Huang, Y. P.; Huang, Y. S.; Hussain, T.; Hölzken, F.; Hüsken, N.; der Wiesche, N. in; Jackson, J.; Janchiv, S.; Jeong, J. H.; Ji, Q.; Ji, Q. P.; Ji, W.; Ji, X. B.; Ji, X. L.; Ji, Y. Y.; Jia, X. Q.; Jia, Z. K.; Jiang, D.; Jiang, H. B.; Jiang, P. C.; Jiang, S. S.; Jiang, T. J.; Jiang, X. S.; Jiang, Y.; Jiao, J. B.; Jiao, J. K.; Jiao, Z.; Jin, S.; Jin, Y.; Jing, M. Q.; Jing, X. M.; Johansson, T.; Kabana, S.; Kalantar-Nayestan...; Kang, X. L.; Kang, X. S.; Kavatsyuk, M.; Ke, B. C.; Khachatryan, V.; Khoukaz, A.; Kiuchi, R.; Kolcu, O. B.; Kopf, B.; Kuessner, M.; Kui, X.; Messchendorp, J. G.; Mitchell, R. E.; Qi, T. Y.; Scodeggio, M.
• Keywords: High Energy Physics - Experiment (hep-ex); FOS: Physical sciences; High Energy Physics - Experiment

9 pages, 2 figures<br/>By analyzing a data sample of $e^+e^-$ collisions with center-of-mass energy $\sqrt{s}=3.773$ GeV, corresponding to an integrated luminosity of $7.9~\rm {fb}^{-1}$ collected with the BESIII detector operating at the BEPCII collider, we study semileptonic decays of the $D^{0(+)}$ mesons into the axial-vector meson $b_1(1235)$ via the decay $b_1(1235)\to ωπ$. The decay $D^0\to b_1(1235)^-e^{+}ν_{e}$ is observed with a significance of 5.2$σ$ after considering systematic uncertainty, while evidence for the decay $D^+\to b_1(1235)^0 e^+ν_e$ is obtained with a 3.1$σ$ significance. The product branching fractions are determined to be ${\mathcal B}(D^0\to b_{1}(1235)^-e^{+}ν_{e})\times {\mathcal B} (b_1(1235)^-\to ωπ^-) = (0.72\pm0.18^{+0.06}_{-0.08})\times10^{-4}$ and ${\mathcal B}(D^+\to b_{1}(1235)^0e^{+}ν_{e})\times {\mathcal B} (b_1(1235)^0~\to ωπ^0) = (1.16\pm0.44\pm0.16)\times10^{-4}$, where the first uncertainties are statistical and the second systematic. The ratio of their partial decay widths is determined to be $\frac{Γ(D^0\to b_{1}(1235)^-e^{+}ν_{e})}{2Γ(D^+\to b_{1}(1235)^0e^{+}ν_{e})}=0.78\pm0.19^{+0.04}_{-0.05}$, which is consistent with unity, predicted by isospin invariance, within uncertainties.<br/>