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Title: Search for the Rare Decay D0→μ+μ− in Proton-Proton Collisions at s=13.6  TeV
A search for the rare decay D 0 μ + μ is reported using proton-proton collision events at s = 13.6 TeV collected by the CMS detector in 2022–2023, corresponding to an integrated luminosity of 64.5 fb 1 . This is the first analysis to use a newly developed inclusive dimuon trigger, expanding the scope of the CMS flavor physics program. The search uses D 0 mesons obtained from D * + D 0 π + decays. No significant excess is observed. A limit on the branching fraction of B ( D 0 μ + μ ) < 2.4 × 10 9 at 95% confidence level is set. This is the most stringent upper limit set on any flavor changing neutral current decay in the charm sector.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10651450
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
American Physical Society
Date Published:
Journal Name:
Physical Review Letters
Volume:
135
Issue:
15
ISSN:
0031-9007
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract A test of lepton flavor universality in B ± K ± μ + μ and B ± K ± e + e decays, as well as a measurement of differential and integrated branching fractions of a nonresonant B ± K ± μ + μ decay are presented. The analysis is made possible by a dedicated data set of proton-proton collisions at s = 13 TeV recorded in 2018, by the CMS experiment at the LHC, using a special high-rate data stream designed for collecting about 10 billion unbiased b hadron decays. The ratio of the branching fractions B ( B ± K ± μ + μ ) to B ( B ± K ± e + e ) is determined from the measured double ratio R ( K ) of these decays to the respective branching fractions of the B ± J / ψ K ± with J / ψ μ + μ and e + e decays, which allow for significant cancellation of systematic uncertainties. The ratio R ( K ) is measured in the range 1.1 < q 2 < 6.0 GeV 2 , whereqis the invariant mass of the lepton pair, and is found to be R ( K ) = 0.78 0.23 + 0.47 , in agreement with the standard model expectation R ( K ) 1 . This measurement is limited by the statistical precision of the electron channel. The integrated branching fraction in the sameq2range, B ( B ± K ± μ + μ ) = ( 12.42 ± 0.68 ) × 10 8 , is consistent with the present world-average value and has a comparable precision. 
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  2. The J / ψ μ + μ μ + μ decay has been observed with a statistical significance in excess of five standard deviations. The analysis is based on an event sample of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, collected by the CMS experiment in 2018 and corresponding to an integrated luminosity of 33.6 fb 1 . Normalizing to the J / ψ μ + μ decay mode leads to a branching fraction of [ 10.1 2.7 + 3.3 ( stat ) ± 0.4 ( syst ) ] × 10 7 , a value that is consistent with the standard model prediction. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  3. The Ξ b 0 ( ) Ξ c ( 3055 ) + ( 0 ) ( D + ( 0 ) Λ ) π decay chains are observed, and the spin-parity of Ξ c ( 3055 ) + ( 0 ) baryons is determined for the first time. The measurement is performed using proton-proton collision data at a center-of-mass energy of s = 13 TeV , corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb 1 , recorded by the LHCb experiment between 2016 and 2018. The spin-parity of the Ξ c ( 3055 ) + ( 0 ) baryons is determined to be 3 / 2 + with a significance of more than 6.5 σ ( 3.5 σ ) compared to all other tested hypotheses. The up-down asymmetries of the Ξ b 0 ( ) Ξ c ( 3055 ) + ( 0 ) π transitions are measured to be 0.92 ± 0.10 ± 0.05 ( 0.92 ± 0.16 ± 0.22 ), consistent with maximal parity violation, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. These results support the hypothesis that the Ξ c ( 3055 ) + ( 0 ) baryons correspond to the first D -wave λ -mode excitation of the Ξ c flavor triplet. © 2025 CERN, for the LHCb Collaboration2025CERN 
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  4. The production yields of the orbitally excited charm-strange mesons D s 1 ( 1 + ) ( 2536 ) + and D s 2 * ( 2 + ) ( 2573 ) + were measured for the first time in proton-proton (pp) collisions at a center-of-mass energy of s = 13 TeV with the ALICE experiment at the LHC. The D s 1 + and D s 2 * + mesons were measured at midrapidity ( | y | < 0.5 ) in minimum-bias and high-multiplicity pp collisions in the transverse-momentum interval 2 < p T < 24 GeV / c . Their production yields relative to the D s + ground-state yield were found to be compatible between minimum-bias and high-multiplicity collisions, as well as with previous measurements in e ± p and e + e collisions. The measured D s 1 + / D s + and D s 2 * + / D s + yield ratios are described by statistical hadronization models and can be used to tune the parameters governing the production of excited charm-strange hadrons in Monte Carlo generators, such as 8. 
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  5. Nuclear medium effects on B + meson production are studied using the binary-collision scaled cross section ratio between events of different charged-particle multiplicities from proton-lead collisions. Data, collected by the CMS experiment in 2016 at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of s NN = 8.16 TeV , corresponding to an integrated luminosity of 175 nb 1 , were used. The scaling factors in the ratio are determined using a novel approach based on the Z μ μ + cross sections measured in the same events. The scaled ratio for B + is consistent with unity for all event multiplicities, putting stringent constraints on nuclear modification for heavy flavor. © 2025 CERN, for the CMS Collaboration2025CERN 
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