학술논문
Search for a $\tau^+\tau^-$ resonance in $e^{+}e^{-}\rightarrow \mu^{+}\mu^{-} \tau^+\tau^-$ events with the Belle II experiment
Document Type
Working Paper
Author
Belle II Collaboration; Adachi, I.; Adamczyk, K.; Aggarwal, L.; Ahmed, H.; Aihara, H.; Akopov, N.; Aloisio, A.; Ky, N. Anh; Asner, D. M.; Atmacan, H.; Aushev, T.; Aushev, V.; Aversano, M.; Babu, V.; Bae, H.; Bahinipati, S.; Bambade, P.; Banerjee, Sw.; Bansal, S.; Barrett, M.; Baudot, J.; Bauer, M.; Baur, A.; Beaubien, A.; Becker, J.; Behera, P. K.; Bennett, J. V.; Bernieri, E.; Bernlochner, F. U.; Bertacchi, V.; Bertemes, M.; Bertholet, E.; Bessner, M.; Bettarini, S.; Bhardwaj, V.; Bhuyan, B.; Bianchi, F.; Bilka, T.; Bilokin, S.; Biswas, D.; Bobrov, A.; Bodrov, D.; Bolz, A.; Borah, J.; Bozek, A.; Bračko, M.; Branchini, P.; Browder, T. E.; Budano, A.; Bussino, S.; Campajola, M.; Cao, L.; Casarosa, G.; Cecchi, C.; Cerasoli, J.; Chang, M. -C.; Chang, P.; Cheaib, R.; Cheema, P.; Chekelian, V.; Chen, Y. Q.; Cheon, B. G.; Chilikin, K.; Chirapatpimol, K.; Cho, H. -E.; Cho, K.; Cho, S. -J.; Choi, S. -K.; Choudhury, S.; Cinabro, D.; Cochran, J.; Corona, L.; Cremaldi, L. M.; Cunliffe, S.; Czank, T.; Das, S.; Dattola, F.; De La Cruz-Burelo, E.; De La Motte, S. A.; de Marino, G.; De Nardo, G.; De Nuccio, M.; De Pietro, G.; de Sangro, R.; Destefanis, M.; Dey, S.; De Yta-Hernandez, A.; Dhamija, R.; Di Canto, A.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Doležal, Z.; Jiménez, I. Domínguez; Dong, T. V.; Dorigo, M.; Dort, K.; Dossett, D.; Dreyer, S.; Dubey, S.; Dujany, G.; Ecker, P.; Eliachevitch, M.; Epifanov, D.; Feichtinger, P.; Ferber, T.; Ferlewicz, D.; Fillinger, T.; Finck, C.; Finocchiaro, G.; Fodor, A.; Forti, F.; Frey, A.; Fulsom, B. G.; Gabrielli, A.; Ganiev, E.; Garcia-Hernandez, M.; Garmash, A.; Gaudino, G.; Gaur, V.; Gaz, A.; Gellrich, A.; Ghevondyan, G.; Ghosh, D.; Ghumaryan, H.; Giakoustidis, G.; Giordano, R.; Giri, A.; Glazov, A.; Gobbo, B.; Godang, R.; Gogota, O.; Goldenzweig, P.; Gradl, W.; Grammatico, T.; Granderath, S.; Graziani, E.; Greenwald, D.; Gruberová, Z.; Gu, T.; Guan, Y.; Gudkova, K.; Guilliams, J.; Halder, S.; Han, Y.; Hara, T.; Hayasaka, K.; Hayashii, H.; Hazra, S.; Hearty, C.; Hedges, M. T.; de la Cruz, I. Heredia; Villanueva, M. Hernández; Hershenhorn, A.; Higuchi, T.; Hill, E. C.; Hirata, H.; Hoek, M.; Hohmann, M.; Hsu, C. -L.; Humair, T.; Iijima, T.; Inami, K.; Inguglia, G.; Ipsita, N.; Ishikawa, A.; Ito, S.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jackson, P.; Jacobs, W. W.; Jaffe, D. E.; Jang, E. -J.; Ji, Q. P.; Jia, S.; Jin, Y.; Johnson, A.; Joo, K. K.; Junkerkalefeld, H.; Kakuno, H.; Kaleta, M.; Kalita, D.; Kaliyar, A. B.; Kandra, J.; Kang, K. H.; Kang, S.; Karl, R.; Karyan, G.; Kawasaki, T.; Keil, F.; Ketter, C.; Kiesling, C.; Kim, C. -H.; Kim, D. Y.; Kim, K. -H.; Kim, Y. -K.; Kindo, H.; Kodyš, P.; Koga, T.; Kohani, S.; Kojima, K.; Konno, T.; Korobov, A.; Korpar, S.; Kovalenko, E.; Kowalewski, R.; Kraetzschmar, T. M. G.; Križan, P.; Krokovny, P.; Kuhr, T.; Kumar, J.; Kumar, M.; Kumar, R.; Kumara, K.; Kunigo, T.; Kuzmin, A.; Kwon, Y. -J.; Lacaprara, S.; Lai, Y. -T.; Lam, T.; Lanceri, L.; Lange, J. S.; Laurenza, M.; Lautenbach, K.; Leboucher, R.; Diberder, F. R. Le; Leitl, P.; Levit, D.; Lewis, P. M.; Li, C.; Li, L. K.; Li, Y. B.; Libby, J.; Lieret, K.; Liu, Q. Y.; Liu, Z. Q.; Liventsev, D.; Longo, S.; Lozar, A.; Lueck, T.; Lyu, C.; Ma, Y.; Maggiora, M.; Maharana, S. P.; Maiti, R.; Maity, S.; Manfredi, R.; Manoni, E.; Manthei, A. C.; Mantovano, M.; Marcantonio, D.; Marcello, S.; Marinas, C.; Martel, L.; Martellini, C.; Martini, A.; Martinov, T.; Massaccesi, L.; Masuda, M.; Matsuda, T.; Matsuoka, K.; Matvienko, D.; Maurya, S. K.; McKenna, J. A.; Mehta, R.; Merola, M.; Metzner, F.; Milesi, M.; Miller, C.; Mirra, M.; Miyabayashi, K.; Miyake, H.; Mizuk, R.; Mohanty, G. B.; Molina-Gonzalez, N.; Mondal, S.; Moneta, S.; Moser, H. -G.; Mrvar, M.; Mussa, R.; Nakamura, I.; Nakamura, K. R.; Nakao, M.; Nakayama, H.; Nakazawa, H.; Nakazawa, Y.; Charan, A. Narimani; Naruki, M.; Narwal, D.; Natkaniec, Z.; Natochii, A.; Nayak, L.; Nayak, M.; Nazaryan, G.; Niebuhr, C.; Nisar, N. K.; Nishida, S.; Ogawa, S.; Ono, H.; Onuki, Y.; Oskin, P.; Otani, F.; Pakhlov, P.; Pakhlova, G.; Paladino, A.; Panta, A.; Paoloni, E.; Pardi, S.; Parham, K.; Park, J.; Park, S. -H.; Paschen, B.; Passeri, A.; Patra, S.; Paul, S.; Pedlar, T. K.; Peruzzi, I.; Peschke, R.; Pestotnik, R.; Pham, F.; Piccolo, M.; Piilonen, L. E.; Angioni, G. Pinna; Podesta-Lerma, P. L. M.; Podobnik, T.; Pokharel, S.; Polat, L.; Praz, C.; Prell, S.; Prencipe, E.; Prim, M. T.; Purwar, H.; Rad, N.; Rados, P.; Raeuber, G.; Raiz, S.; Morales, A. Ramirez; Reif, M.; Reiter, S.; Remnev, M.; Ripp-Baudot, I.; Rizzo, G.; Rizzuto, L. B.; Robertson, S. H.; Pérez, D. Rodríguez; Roehrken, M.; Roney, J. M.; Rostomyan, A.; Rout, N.; Russo, G.; Sahoo, D.; Sanders, D. A.; Sandilya, S.; Sangal, A.; Santelj, L.; Sato, Y.; Savinov, V.; Scavino, B.; Schnepf, M.; Schueler, J.; Schwanda, C.; Seino, Y.; Selce, A.; Senyo, K.; Serrano, J.; Sevior, M. E.; Sfienti, C.; Shan, W.; Sharma, C.; Shen, C. P.; Shi, X. D.; Shillington, T.; Shiu, J. -G.; Shtol, D.; Shwartz, B.; Sibidanov, A.; Simon, F.; Singh, J. B.; Skorupa, J.; Sobie, R. J.; Sobotzik, M.; Soffer, A.; Sokolov, A.; Solovieva, E.; Spataro, S.; Spruck, B.; Starič, M.; Stavroulakis, P.; Stefkova, S.; Stottler, Z. S.; Stroili, R.; Strube, J.; Sue, Y.; Sumihama, M.; Sumisawa, K.; Sutcliffe, W.; Suzuki, S. Y.; Svidras, H.; Takahashi, M.; Takizawa, M.; Tamponi, U.; Tanaka, S.; Tanida, K.; Tanigawa, H.; Tenchini, F.; Thaller, A.; Tiwary, R.; Tonelli, D.; Torassa, E.; Toutounji, N.; Trabelsi, K.; Tsaklidis, I.; Uchida, M.; Ueda, I.; Uematsu, Y.; Uglov, T.; Unger, K.; Unno, Y.; Uno, K.; Uno, S.; Urquijo, P.; Ushiroda, Y.; Vahsen, S. E.; van Tonder, R.; Varner, G. S.; Varvell, K. E.; Vinokurova, A.; Vismaya, V. S.; Vitale, L.; Vobbilisetti, V.; Volpe, R.; Vossen, A.; Wach, B.; Wakai, M.; Wakeling, H. M.; Wallner, S.; Wang, E.; Wang, M. -Z.; Wang, X. L.; Wang, Z.; Warburton, A.; Watanabe, M.; Watanuki, S.; Welsch, M.; Wessel, C.; Won, E.; Xu, X. P.; Yabsley, B. D.; Yamada, S.; Yan, W.; Yang, S. B.; Ye, H.; Yelton, J.; Yin, J. H.; Yook, Y. M.; Yoshihara, K.; Yuan, C. Z.; Yusa, Y.; Zani, L.; Zhai, Y.; Zhang, Y.; Zhilich, V.; Zhou, J. S.; Zhou, Q. D.; Zhou, X. Y.; Zhukova, V. I.; Žlebčík, R.
Source
Phys. Rev. Lett. 131, 121802 (2023)
Subject
Language
Abstract
We report the first search for a non-standard-model resonance decaying into $\tau$ pairs in $e^{+}e^{-}\rightarrow \mu^{+}\mu^{-} \tau^+\tau^-$ events in the 3.6-10 GeV/$c^{2}$ mass range. We use a 62.8 fb$^{-1}$ sample of $e^+e^-$ collisions collected at a center-of-mass energy of 10.58 GeV by the Belle II experiment at the SuperKEKB collider. The analysis probes three different models predicting a spin-1 particle coupling only to the heavier lepton families, a Higgs-like spin-0 particle that couples preferentially to charged leptons (leptophilic scalar), and an axion-like particle, respectively. We observe no evidence for a signal and set exclusion limits at 90% confidence level on the product of cross section and branching fraction into $\tau$ pairs, ranging from 0.7 fb to 24 fb, and on the couplings of these processes. We obtain world-leading constraints on the couplings for the leptophilic scalar model for masses above 6.5 GeV/$c^2$ and for the axion-like particle model over the entire mass range.