Search for $$D^{*}(2007)^{0} \rightarrow \mu ^{+} \mu ^{-}$$ in $$B^{-}\rightarrow \pi ^{-} \mu ^{+} \mu ^{-}$$ decays


Aaij, R ORCID: 0000-0003-0533-1952, Abdelmotteleb, ASW ORCID: 0000-0001-7905-0542, Beteta, C Abellan, Abudinén, F ORCID: 0000-0002-6737-3528, Ackernley, T ORCID: 0000-0002-5951-3498, Adeva, B ORCID: 0000-0001-9756-3712, Adinolfi, M ORCID: 0000-0002-1326-1264, Adlarson, P ORCID: 0000-0001-6280-3851, Afsharnia, H, Agapopoulou, C ORCID: 0000-0002-2368-0147 et al (show 1055 more authors) (2023) Search for $$D^{*}(2007)^{0} \rightarrow \mu ^{+} \mu ^{-}$$ in $$B^{-}\rightarrow \pi ^{-} \mu ^{+} \mu ^{-}$$ decays. The European Physical Journal C, 83 (7). 666-.

Access the full-text of this item by clicking on the Open Access link.

Abstract

<jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>The very rare <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{D} ^*} (2007)^0\!\rightarrow {\mu ^+\mu ^-} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>D</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>∗</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>2007</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> <mml:mspace /> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decay is searched for by analysing <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{{B} ^-}} \!\rightarrow {{\pi } ^-} {\mu ^+\mu ^-} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> <mml:mspace /> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>π</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decays. The analysis uses a sample of beauty mesons produced in proton–proton collisions collected with the LHCb detector between 2011 and 2018, corresponding to an integrated luminosity of 9<jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\text {\,fb} ^{-1}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mtext>\,fb</mml:mtext> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>. The signal signature corresponds to simultaneous peaks in the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${\mu ^+\mu ^-} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{\pi } ^-} {\mu ^+\mu ^-} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>π</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> invariant masses. No evidence for an excess of events over background is observed and an upper limit is set on the branching fraction of the decay at <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\mathcal{B}({{D} ^*} (2007)^0\!\rightarrow {\mu ^+\mu ^-} ) &lt; 2.6\times 10^{-8}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>D</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>∗</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>2007</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> <mml:mspace /> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>&lt;</mml:mo> <mml:mn>2.6</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>8</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> at <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$90\%$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>90</mml:mn> <mml:mo>%</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> confidence level. This is the first limit on the branching fraction of <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{D} ^*} (2007)^0\!\rightarrow {\mu ^+\mu ^-} $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>D</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>∗</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>2007</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> <mml:mspace /> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decays and the most stringent limit on <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$${{D} ^*} (2007)^0$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>D</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>∗</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>2007</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> decays to leptonic final states. The analysis is the first search for a rare charm-meson decay exploiting production via beauty decays.</jats:p>

Item Type: Article
Divisions: Faculty of Science and Engineering > School of Physical Sciences
Depositing User: Symplectic Admin
Date Deposited: 18 Sep 2023 07:47
Last Modified: 15 Mar 2024 02:00
DOI: 10.1140/epjc/s10052-023-11759-6
Open Access URL: https://link.springer.com/content/pdf/10.1140/epjc...
Related URLs:
URI: https://livrepository.liverpool.ac.uk/id/eprint/3172834
Dimensions
Altmetric
CORE (COnnecting REpositories)