Search for the dark photon in $B^0 \to A^{\prime} A^{\prime}$, $A^{\prime} \to e^+ e^-$, $\mu^+ \mu^-$, and $\pi^+ \pi^-$ decays at Belle - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Journal of High Energy Physics Année : 2021

Search for the dark photon in $B^0 \to A^{\prime} A^{\prime}$, $A^{\prime} \to e^+ e^-$, $\mu^+ \mu^-$, and $\pi^+ \pi^-$ decays at Belle

S.-H. Park , Y.-J. Kwon , I. Adachi , H. Aihara , S. Al Said , D.M. Asner , H. Atmacan , T. Aushev , R. Ayad , V. Babu , P. Behera , J. Bennett , M. Bessner , V. Bhardwaj , B. Bhuyan , T. Bilka , J. Biswal , G. Bonvicini , A. Bozek , M. Bračko , T.E. Browder , M. Campajola , L. Cao , D. Červenkov , M.-C. Chang , P. Chang , A. Chen , B.G. Cheon , K. Chilikin , H.E. Cho , K. Cho , S.-J. Cho , S.-K. Choi , Y. Choi , S. Choudhury , D. Cinabro , S. Cunliffe , S. Das , N. Dash , G. De Nardo , F. Di Capua , J. Dingfelder , Z. Doležal , T.V. Dong , S. Eidelman , D. Epifanov , D. Ferlewicz , B.G. Fulsom , R. Garg , V. Gaur , A. Garmash , A. Giri , P. Goldenzweig , Y. Guan , K. Gudkova , C. Hadjivasiliou , T. Hara , O. Hartbrich , K. Hayasaka , H. Hayashii , M.T. Hedges , M. Hernandez Villanueva , W.-S. Hou , C.-L. Hsu , K. Huang , T. Iijima , K. Inami , G. Inguglia , A. Ishikawa , R. Itoh , M. Iwasaki , Y. Iwasaki , W.W. Jacobs , I. Jaegle , E.-J. Jang , H.B. Jeon , S. Jia , Y. Jin , C.W. Joo , K.K. Joo , K.H. Kang , G. Karyan , T. Kawasaki , C. Kiesling , D.Y. Kim , K.-H. Kim , S.H. Kim , Y.-K. Kim , K. Kinoshita , P. Kodyš , T. Konno , S. Korpar , D. Kotchetkov , P. Križan , R. Kroeger , P. Krokovny , T. Kuhr , M. Kumar , K. Kumara , K. Lalwani , I.S. Lee , S.C. Lee , C.H. Li , J. Li , L.K. Li , Y.B. Li , L. Li Gioi , J. Libby , K. Lieret , Z. Liptak , D. Liventsev , T. Luo , J. Macnaughton , C. Macqueen , M. Masuda , T. Matsuda , D. Matvienko , M. Merola , F. Metzner , K. Miyabayashi , R. Mizuk , G.B. Mohanty , S. Mohanty , T. Mori , H.-G. Moser , M. Mrvar , R. Mussa , M. Nakao , Z. Natkaniec , A. Natochii , L. Nayak , M. Nayak , M. Niiyama , N.K. Nisar , S. Nishida , S. Ogawa , H. Ono , Y. Onuki , P. Oskin , P. Pakhlov , G. Pakhlova , S. Pardi , C.W. Park , H. Park , S. Patra , S. Paul , T.K. Pedlar , R. Pestotnik , L.E. Piilonen , T. Podobnik , V. Popov , E. Prencipe , M.T. Prim , M. Ritter , M. Röhrken , A. Rostomyan , N. Rout , G. Russo , Y. Sakai , S. Sandilya , A. Sangal , L. Santelj , T. Sanuki , V. Savinov , G. Schnell , J. Schueler , C. Schwanda , Y. Seino , K. Senyo , M.E. Sevior , M. Shapkin , C. Sharma , C.P. Shen , J.-G. Shiu , A. Sokolov , E. Solovieva , S. Stanič , M. Starič , Z.S. Stottler , J.F. Strube , M. Sumihama , K. Sumisawa , T. Sumiyoshi , W. Sutcliffe , M. Takizawa , K. Tanida , F. Tenchini , M. Uchida , T. Uglov , Y. Unno , S. Uno , P. Urquijo , S.E. Vahsen , R. van Tonder , G. Varner , K.E. Varvell , A. Vinokurova , V. Vorobyev , E. Waheed , C.H. Wang , E. Wang , M.-Z. Wang , P. Wang , M. Watanabe , S. Watanuki (1) , S. Wehle , E. Won , X. Xu , B.D. Yabsley , W. Yan , S.B. Yang , H. Ye , J. Yelton , J.H. Yin , Y. Yusa , Z.P. Zhang , V. Zhilich , V. Zhukova , V. Zhulanov
S.-H. Park
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Y.-J. Kwon
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Résumé

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} $ events collected by the Belle detector at the KEKB e$^{+}$e$^{−}$ energy-asymmetric collider at the ϒ(4S) 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 $ 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 $, have limits of the order of 10$^{−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) $ 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) $, we obtain the Higgs portal coupling for each assumed dark photon and dark Higgs mass. The Higgs portal couplings are of the order of 10$^{−2}$–10$^{−1}$ at $ {m}_{h\prime}\simeq {m}_{B^0} $ ± 40 MeV/c$^{2}$ and 10$^{−1}$–1 at $ {m}_{h\prime}\simeq {m}_{B^0} $ ± 3 GeV/c$^{2}$.[graphic not available: see fulltext]

Dates et versions

hal-03203617 , version 1 (20-04-2021)

Identifiants

Citer

S.-H. Park, Y.-J. Kwon, I. Adachi, H. Aihara, S. Al Said, et al.. Search for the dark photon in $B^0 \to A^{\prime} A^{\prime}$, $A^{\prime} \to e^+ e^-$, $\mu^+ \mu^-$, and $\pi^+ \pi^-$ decays at Belle. Journal of High Energy Physics, 2021, 04, pp.191. ⟨10.1007/JHEP04(2021)191⟩. ⟨hal-03203617⟩
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