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Title: Searches for rare $$ {B}_s^0 $$ and B0 decays into four muons
A bstract Searches for rare $$ {B}_s^0 $$ B s 0 and B 0 decays into four muons are performed using proton-proton collision data recorded by the LHCb experiment, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb − 1 . Direct decays and decays via light scalar and J/ψ resonances are considered. No evidence for the six decays searched for is found and upper limits at the 95% confidence level on their branching fractions ranging between 1 . 8 × 10 − 10 and 2 . 6 × 10 − 9 are set.  more » « less
Award ID(s):
1803004
NSF-PAR ID:
10343882
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
3
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract A search for the lepton-flavour violating decays B 0 → K *0 μ ± e ∓ and $$ {B}_s^0 $$ B s 0 → ϕμ ± e ∓ is presented, using proton-proton collision data collected by the LHCb detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb − 1 . No significant signals are observed and upper limits of $$ {\displaystyle \begin{array}{c}\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}^{\ast 0}{\mu}^{+}{e}^{-}\right)<5.7\times {10}^{-9}\left(6.9\times {10}^{-9}\right),\\ {}\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}^{\ast 0}{\mu}^{-}{e}^{+}\right)<6.8\times {10}^{-9}\left(7.9\times {10}^{-9}\right),\\ {}\mathcal{B}\left({B}^0\to {K}^{\ast 0}{\mu}^{\pm }{e}^{\mp}\right)<10.1\times {10}^{-9}\left(11.7\times {10}^{-9}\right),\\ {}\mathcal{B}\left({B}_s^0\to \phi {\mu}^{\pm }{e}^{\mp}\right)<16.0\times {10}^{-9}\left(19.8\times {10}^{-9}\right)\end{array}} $$ B B 0 → K ∗ 0 μ + e − < 5.7 × 10 − 9 6.9 × 10 − 9 , B B 0 → K ∗ 0 μ − e + < 6.8 × 10 − 9 7.9 × 10 − 9 , B B 0 → K ∗ 0 μ ± e ∓ < 10.1 × 10 − 9 11.7 × 10 − 9 , B B s 0 → ϕ μ ± e ∓ < 16.0 × 10 − 9 19.8 × 10 − 9 are set at 90% (95%) confidence level. These results constitute the world’s most stringent limits to date, with the limit on the decay $$ {B}_s^0 $$ B s 0 → ϕμ ± e ∓ the first being set. In addition, limits are reported for scalar and left-handed lepton-flavour violating New Physics scenarios. 
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  2. A bstract A first search for the lepton-flavour violating decays B 0 → K *0 τ ± μ ∓ is presented. The analysis is performed using a sample of proton-proton collision data, collected with the LHCb detector at centre-of-mass energies of 7, 8 and 13 TeV between 2011 and 2018, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb − 1 . No significant signal is observed, and upper limits on the branching fractions are determined to be $$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {K}^{\ast 0}{\tau}^{+}{\mu}^{-}\right)<1.0(1.2)\times {10}^{-5} $$ B B 0 → K ∗ 0 τ + μ − < 1.0 1.2 × 10 − 5 and $$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {K}^{\ast 0}{\tau}^{-}{\mu}^{+}\right)<8.2(9.8)\times {10}^{-6} $$ B B 0 → K ∗ 0 τ − μ + < 8.2 9.8 × 10 − 6 at the 90% (95%) confidence level. 
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  3. A bstract A data set corresponding to an integrated luminosity of 9 fb − 1 of proton-proton collisions collected by the LHCb experiment has been analysed to search for $$ {B}_c^{+}\to {D}_{(s)}^{\left(\ast \right)+}{\genfrac{}{}{0pt}{}{\left(\hbox{---} \right)}{D}}^{\left(\ast \right)0} $$ B c + → D s ∗ + — D ∗ 0 decays. The decays are fully or partially reconstructed, where one or two missing neutral pions or photons from the decay of an excited charm meson are allowed. Upper limits for the branching fractions, normalised to B + decays to final states with similar topologies, are obtained for sixteen $$ {B}_c^{+} $$ B c + decay modes. For the decay $$ {B}_c^{+}\to {D}_s^{+}{\overline{D}}^0 $$ B c + → D s + D ¯ 0 , an excess with a significance of 3.4 standard deviations is found. 
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  4. A bstract The Cabibbo-suppressed decay $$ {\Lambda}_{\mathrm{b}}^0 $$ Λ b 0 → χ c1 pπ − is observed for the first time using data from proton-proton collisions corresponding to an integrated luminosity of 6 fb − 1 , collected with the LHCb detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV. Evidence for the $$ {\Lambda}_{\mathrm{b}}^0 $$ Λ b 0 → χ c2 pπ − decay is also found. Using the $$ {\Lambda}_{\mathrm{b}}^0 $$ Λ b 0 → χ c1 pK − decay as normalisation channel, the ratios of branching fractions are measured to be $$ {\displaystyle \begin{array}{c}\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\uppi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\mathrm{K}}^{-}\right)}=\left(6.59\pm 1.01\pm 0.22\right)\times {10}^{-2},\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}2}{\mathrm{p}\uppi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\uppi}^{-}\right)}=0.95\pm 0.30\pm 0.04\pm 0.04,\\ {}\frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}2}{\mathrm{p}\mathrm{K}}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_{\mathrm{b}}^0\to {\upchi}_{\mathrm{c}1}{\mathrm{p}\mathrm{K}}^{-}\right)}=1.06\pm 0.05\pm 0.04\pm 0.04,\end{array}} $$ B Λ b 0 → χ c 1 pπ − B Λ b 0 → χ c 1 pK − = 6.59 ± 1.01 ± 0.22 × 10 − 2 , B Λ b 0 → χ c 2 pπ − B Λ b 0 → χ c 1 pπ − = 0.95 ± 0.30 ± 0.04 ± 0.04 , B Λ b 0 → χ c 2 pK − B Λ b 0 → χ c 1 pK − = 1.06 ± 0.05 ± 0.04 ± 0.04 , where the first uncertainty is statistical, the second is systematic and the third is due to the uncertainties in the branching fractions of χ c1 , 2 → J / ψγ decays. 
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  5. A bstract The production cross-sections of J/ψ mesons in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 5 TeV are measured using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 9 . 13 ± 0 . 18 pb − 1 , collected by the LHCb experiment. The cross-sections are measured differentially as a function of transverse momentum, p T , and rapidity, y , and separately for J/ψ mesons produced promptly and from beauty hadron decays (nonprompt). With the assumption of unpolarised J/ψ mesons, the production cross-sections integrated over the kinematic range 0 < p T < 20 GeV/ c and 2 . 0 < y < 4 . 5 are $$ {\displaystyle \begin{array}{c}{\sigma}_{\mathrm{prompt}}\ J/\psi =8.154\pm 0.010\pm 0.283\ \upmu \mathrm{b},\\ {}{\sigma}_{\mathrm{nonprompt}}\ J/\psi =0.820\pm 0.003\pm 0.034\ \upmu \mathrm{b},\end{array}} $$ σ prompt J / ψ = 8.154 ± 0.010 ± 0.283 μb , σ nonprompt J / ψ = 0.820 ± 0.003 ± 0.034 μb , where the first uncertainties are statistical and the second systematic. These cross-sections are compared with those at $$ \sqrt{s} $$ s = 8 TeV and 13 TeV, and are used to update the measurement of the nuclear modification factor in proton-lead collisions for J/ψ mesons at a centre-of-mass energy per nucleon pair of $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 TeV. The results are compared with theoretical predictions. 
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