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Title: Search for the lepton-flavour violating decays B0 → K*0τ±μ∓
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.  more » « less
Award ID(s):
2102879
NSF-PAR ID:
10429415
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2023
Issue:
6
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 Using a data sample of 980 fb − 1 collected with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e + e − collider, we study the processes of $$ {\Xi}_c^0\to \Lambda {\overline{K}}^{\ast 0} $$ Ξ c 0 → Λ K ¯ ∗ 0 , $$ {\Xi}_c^0\to {\Sigma}^0{\overline{K}}^{\ast 0} $$ Ξ c 0 → Σ 0 K ¯ ∗ 0 , and $$ {\Xi}_c^0\to {\Sigma}^{+}{K}^{\ast -} $$ Ξ c 0 → Σ + K ∗ − for the first time. The relative branching ratios to the normalization mode of $$ {\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+} $$ Ξ c 0 → Ξ − π + are measured to be $$ {\displaystyle \begin{array}{c}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to \Lambda {\overline{K}}^{\ast 0}\right)/\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right)=0.18\pm 0.02\left(\mathrm{stat}.\right)\pm 0.01\left(\mathrm{syst}.\right),\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Sigma}^0{\overline{K}}^{\ast 0}\right)/\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right)=0.69\pm 0.03\left(\mathrm{stat}.\right)\pm 0.03\left(\mathrm{syst}.\right),\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Sigma}^{+}{K}^{\ast -}\right)/\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right)=0.34\pm 0.06\left(\mathrm{stat}.\right)\pm 0.02\left(\mathrm{syst}.\right),\end{array}} $$ B Ξ c 0 → Λ K ¯ ∗ 0 / B Ξ c 0 → Ξ − π + = 0.18 ± 0.02 stat . ± 0.01 syst . , B Ξ c 0 → Σ 0 K ¯ ∗ 0 / B Ξ c 0 → Ξ − π + = 0.69 ± 0.03 stat . ± 0.03 syst . , B Ξ c 0 → Σ + K ∗ − / B Ξ c 0 → Ξ − π + = 0.34 ± 0.06 stat . ± 0.02 syst . , where the uncertainties are statistical and systematic, respectively. We obtain $$ {\displaystyle \begin{array}{c}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to \Lambda {\overline{K}}^{\ast 0}\right)=\left(3.3\pm 0.3\left(\mathrm{stat}.\right)\pm 0.2\left(\mathrm{syst}.\right)\pm 1.0\left(\mathrm{ref}.\right)\right)\times {10}^{-3},\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Sigma}^0{\overline{K}}^{\ast 0}\right)=\left(12.4\pm 0.5\left(\mathrm{stat}.\right)\pm 0.5\left(\mathrm{syst}.\right)\pm 3.6\left(\mathrm{ref}.\right)\right)\times {10}^{-3},\\ {}\mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Sigma}^{+}{K}^{\ast 0}\right)=\left(6.1\pm 1.0\left(\mathrm{stat}.\right)\pm 0.4\left(\mathrm{syst}.\right)\pm 1.8\left(\mathrm{ref}.\right)\right)\times {10}^{-3},\end{array}} $$ B Ξ c 0 → Λ K ¯ ∗ 0 = 3.3 ± 0.3 stat . ± 0.2 syst . ± 1.0 ref . × 10 − 3 , B Ξ c 0 → Σ 0 K ¯ ∗ 0 = 12.4 ± 0.5 stat . ± 0.5 syst . ± 3.6 ref . × 10 − 3 , B Ξ c 0 → Σ + K ∗ 0 = 6.1 ± 1.0 stat . ± 0.4 syst . ± 1.8 ref . × 10 − 3 , where the uncertainties are statistical, systematic, and from $$ \mathcal{B}\left({\Xi}_c^0\to {\Xi}^{-}{\pi}^{+}\right) $$ B Ξ c 0 → Ξ − π + , respectively. The asymmetry parameters $$ \alpha \left({\Xi}_c^0\to \Lambda {\overline{K}}^{\ast 0}\right) $$ α Ξ c 0 → Λ K ¯ ∗ 0 and $$ \alpha \left({\Xi}_c^0\to {\Sigma}^{+}{K}^{\ast -}\right) $$ α Ξ c 0 → Σ + K ∗ − are 0 . 15 ± 0 . 22(stat . ) ± 0 . 04(syst . ) and − 0 . 52 ± 0 . 30(stat . ) ± 0 . 02(syst . ), respectively, where the uncertainties are statistical followed by systematic. 
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  3. null (Ed.)
    A bstract We present a search for the dark photon A ′ in the B 0 → A ′ A ′ decays, where A ′ subsequently decays to e + e − , μ + μ − , and π + π − . The search is performed by analyzing 772 × 10 6 $$ B\overline{B} $$ B B ¯ events collected by the Belle detector at the KEKB e + e − energy-asymmetric collider at the ϒ(4 S ) resonance. No signal is found in the dark photon mass range 0 . 01 GeV /c 2 ≤ m A ′ ≤ 2 . 62 GeV /c 2 , and we set upper limits of the branching fraction of B 0 → A ′ A ′ at the 90% confidence level. The products of branching fractions, $$ \mathrm{\mathcal{B}}\left({B}^0\to A^{\prime }A^{\prime}\right)\times \mathrm{\mathcal{B}}{\left(A\prime \to {e}^{+}{e}^{-}\right)}^2 $$ ℬ B 0 → A ′ A ′ × ℬ A ′ → e + e − 2 and $$ \mathrm{\mathcal{B}}\left({B}^0\to A^{\prime }A^{\prime}\right)\times \mathrm{\mathcal{B}}{\left(A\prime \to {\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)}^2 $$ ℬ B 0 → A ′ A ′ × ℬ A ′ → μ + μ − 2 , have limits of the order of 10 − 8 depending on the A ′ mass. Furthermore, considering A ′ decay rate to each pair of charged particles, the upper limits of $$ \mathrm{\mathcal{B}}\left({B}^0\to A^{\prime }A^{\prime}\right) $$ ℬ B 0 → A ′ A ′ are of the order of 10 − 8 –10 − 5 . From the upper limits of $$ \mathrm{\mathcal{B}}\left({B}^0\to A^{\prime }A^{\prime}\right) $$ ℬ B 0 → A ′ A ′ , we obtain the Higgs portal coupling for each assumed dark photon and dark Higgs mass. The Higgs portal couplings are of the order of 10 − 2 –10 − 1 at $$ {m}_{h\prime}\simeq {m}_{B^0} $$ m h ′ ≃ m B 0 ± 40 MeV /c 2 and 10 − 1 –1 at $$ {m}_{h\prime}\simeq {m}_{B^0} $$ m h ′ ≃ m B 0 ± 3 GeV /c 2 . 
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  4. Abstract The multihadron decays $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D + pπ−π− and $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D * + pπ−π− are observed in data corresponding to an integrated luminosity of 3 fb − 1 , collected in proton-proton collisions at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV by the LHCb detector. Using the decay $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → $$ {\Lambda}_c^{+} $$ Λ c + π + π − π − as a normalisation channel, the ratio of branching fractions is measured to be $$ \frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}p{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {\Lambda}_c^0{\pi}^{+}{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}\times \frac{\mathcal{B}\left({D}^{+}\to {K}^{-}{\pi}^{+}{\pi}^{+}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_c^0\to {pK}^{-}{\pi}^{-}\right)}=\left(5.35\pm 0.21\pm 0.16\right)\%, $$ B Λ b 0 → D + p π − π − B Λ b 0 → Λ c 0 π + π − π − × B D + → K − π + π + B Λ c 0 → pK − π − = 5.35 ± 0.21 ± 0.16 % , where the first uncertainty is statistical and the second systematic. The ratio of branching fractions for the $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D *+ pπ − π − and $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D + pπ − π − decays is found to be $$ \frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{\ast +}p{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}p{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}\times \left(\mathcal{B}\left({D}^{\ast +}\to {D}^{+}{\pi}^0\right)+\mathcal{B}\left({D}^{\ast +}\to {D}^{+}\gamma \right)\right)=\left(61.3\pm 4.3\pm 4.0\right)\%. $$ B Λ b 0 → D ∗ + p π − π − B Λ b 0 → D + p π − π − × B D ∗ + → D + π 0 + B D ∗ + → D + γ = 61.3 ± 4.3 ± 4.0 % . 
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  5. null (Ed.)
    A bstract We quantify the effect of gauge bosons from a weakly coupled lepton flavor dependent U(1) ′ interaction on the matter background in the evolution of solar, atmospheric, reactor and long-baseline accelerator neutrinos in the global analysis of oscillation data. The analysis is performed for interaction lengths ranging from the Sun-Earth distance to effective contact neutrino interactions. We survey ∼ 10000 set of models characterized by the six relevant fermion U(1) ′ charges and find that in all cases, constraints on the coupling and mass of the Z′ can be derived. We also find that about 5% of the U(1) ′ model charges lead to a viable LMA-D solution but this is only possible in the contact interaction limit. We explicitly quantify the constraints for a variety of models including $$ \mathrm{U}{(1)}_{B-3{L}_e} $$ U 1 B − 3 L e , $$ \mathrm{U}{(1)}_{B-3{L}_{\mu }} $$ U 1 B − 3 L μ , $$ \mathrm{U}{(1)}_{B-3{L}_{\tau }} $$ U 1 B − 3 L τ , $$ \mathrm{U}{(1)}_{B-\frac{3}{2}\left({L}_{\mu }+{L}_{\tau}\right)} $$ U 1 B − 3 2 L μ + L τ , $$ \mathrm{U}{(1)}_{L_e-{L}_{\mu }} $$ U 1 L e − L μ , $$ \mathrm{U}{(1)}_{L_e-{L}_{\tau }} $$ U 1 L e − L τ , $$ \mathrm{U}{(1)}_{L_e-\frac{1}{2}\left({L}_{\mu }+{L}_{\tau}\right)} $$ U 1 L e − 1 2 L μ + L τ . We compare the constraints imposed by our oscillation analysis with the strongest bounds from fifth force searches, violation of equivalence principle as well as bounds from scattering experiments and white dwarf cooling. Our results show that generically, the oscillation analysis improves over the existing bounds from gravity tests for Z′ lighter than ∼ 10 − 8 → 10 − 11 eV depending on the specific couplings. In the contact interaction limit, we find that for most models listed above there are values of g′ and M Z′ for which the oscillation analysis provides constraints beyond those imposed by laboratory experiments. Finally we illustrate the range of Z′ and couplings leading to a viable LMA-D solution for two sets of models. 
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