在 Belle II 上寻找轻子味破坏的 τ 衰变到一个轻子和一个不可见玻色子。

Search for Lepton-Flavor-Violating τ Decays to a Lepton and an Invisible Boson at Belle II.

出版信息

Phys Rev Lett. 2023 May 5;130(18):181803. doi: 10.1103/PhysRevLett.130.181803.

DOI:10.1103/PhysRevLett.130.181803

PMID:37204890

Abstract

We search for lepton-flavor-violating τ^{-}→e^{-}α and τ^{-}→μ^{-}α decays, where α is an invisible spin-0 boson. The search uses electron-positron collisions at 10.58 GeV center-of-mass energy with an integrated luminosity of 62.8 fb^{-1}, produced by the SuperKEKB collider and collected with the Belle II detector. We search for an excess in the lepton-energy spectrum of the known τ^{-}→e^{-}ν[over ¯]{e}ν{τ} and τ^{-}→μ^{-}ν[over ¯]{μ}ν{τ} decays. We report 95% confidence-level upper limits on the branching-fraction ratio B(τ^{-}→e^{-}α)/B(τ^{-}→e^{-}ν[over ¯]{e}ν{τ}) in the range (1.1-9.7)×10^{-3} and on B(τ^{-}→μ^{-}α)/B(τ^{-}→μ^{-}ν[over ¯]{μ}ν{τ}) in the range (0.7-12.2)×10^{-3} for α masses between 0 and 1.6 GeV/c^{2}. These results provide the most stringent bounds on invisible boson production from τ decays.

摘要

我们搜索了 τ^{-}→e^{-}α 和 τ^{-}→μ^{-}α 这两种轻子味破坏衰变，其中 α 是一种不可见的自旋-0 玻色子。该搜索使用 10.58 GeV 质心能量的正负电子对撞，总积分亮度为 62.8 fb^{-1}，由 SuperKEKB 对撞机产生，并由 Belle II 探测器收集。我们在已知的 τ^{-}→e^{-}ν[over ¯]{e}ν{τ} 和 τ^{-}→μ^{-}ν[over ¯]{μ}ν{τ} 衰变的电子能谱中寻找多余的信号。我们报告了 τ^{-}→e^{-}α 和 τ^{-}→e^{-}ν[over ¯]{e}ν{τ} 衰变的分支比 B(τ^{-}→e^{-}α)/B(τ^{-}→e^{-}ν[over ¯]{e}ν{τ}) 在 1.1×10^{-3} 到 9.7×10^{-3} 之间的 95%置信水平上限，以及 B(τ^{-}→μ^{-}α)/B(τ^{-}→μ^{-}ν[over ¯]{μ}ν{τ}) 在 0.7×10^{-3} 到 12.2×10^{-3} 之间的上限，对于 α 质量在 0 到 1.6 GeV/c^{2} 之间的情况。这些结果为 τ 衰变中不可见玻色子的产生提供了最严格的限制。