Search for an Invisibly Decaying $Z^{\prime}$ Boson at Belle II in $e^+ e^- \to \mu^+ \mu^- (e^{\pm} \mu^{\mp})$ Plus Missing Energy Final States

I. Adachi , P. Ahlburg , H. Aihara , N. Akopov , A. Aloisio , N. Anh Ky , D.M. Asner , H. Atmacan , T. Aushev , V. Aushev , T. Aziz , V. Babu , S. Baehr , P. Bambade (1) , Sw. Banerjee , V. Bansal , M. Barrett , J. Baudot (2) , J. Becker , P.K. Behera , J.V. Bennett , E. Bernieri , F.U. Bernlochner , M. Bertemes , M. Bessner , S. Bettarini , F. Bianchi , D. Biswas , A. Bozek , M. Bračko , P. Branchini , R.A. Briere , T.E. Browder , A. Budano , L. Burmistrov (1) , S. Bussino , M. Campajola , L. Cao , G. Casarosa , C. Cecchi , D. Červenkov , M.-C. Chang , R. Cheaib , V. Chekelian , Y.Q. Chen , Y.-T. Chen , B.G. Cheon , K. Chilikin , K. Cho , S. Cho , S.-K. Choi , S. Choudhury , D. Cinabro , L. Corona , L.M. Cremaldi , S. Cunliffe , T. Czank , F. Dattola , E. De La Cruz-Burelo , G. De Nardo , M. de Nuccio , G. de Pietro , R. de Sangro , M. Destefanis , S. Dey , A. de Yta-Hernandez , F. Di Capua , Z. Doležal , I. Domínguez Jiménez , T.V. Dong , K. Dort , D. Dossett , S. Dubey , S. Duell , G. Dujany (2) , S. Eidelman , M. Eliachevitch , J.E. Fast , T. Ferber , D. Ferlewicz , G. Finocchiaro , S. Fiore , A. Fodor , F. Forti , B.G. Fulsom , E. Ganiev , M. Garcia-Hernandez , R. Garg , V. Gaur , A. Gaz , A. Gellrich , J. Gemmler , T. Geßler , R. Giordano , A. Giri , B. Gobbo , R. Godang , P. Goldenzweig , B. Golob , P. Gomis , W. Gradl , E. Graziani , D. Greenwald , Y. Guan , C. Hadjivasiliou , S. Halder , T. Hara , O. Hartbrich , K. Hayasaka , H. Hayashii , C. Hearty , M.T. Hedges , I. Heredia de la Cruz , M. Hernández Villanueva , A. Hershenhorn , T. Higuchi , E.C. Hill , M. Hoek , C.-L. Hsu , Y. Hu , T. Iijima , K. Inami , G. Inguglia , J. Irakkathil Jabbar , A. Ishikawa , R. Itoh , Y. Iwasaki , W.W. Jacobs , D.E. Jaffe , E.-J. Jang , H.B. Jeon , S. Jia , Y. Jin , C. Joo , K.K. Joo , J. Kahn , H. Kakuno , A.B. Kaliyar , J. Kandra , G. Karyan , Y. Kato , T. Kawasaki , B.H. Kim , C.-H. Kim , D.Y. Kim , K.-H. Kim , S.-H. Kim , Y.K. Kim , Y. Kim , T.D. Kimmel , H. Kindo , C. Kleinwort , P. Kodyš , T. Koga , S. Kohani , I. Komarov , S. Korpar , N. Kovalchuk , T.M.G. Kraetzschmar , P. Križan , R. Kroeger , P. Krokovny , T. Kuhr , J. Kumar , M. Kumar , R. Kumar , K. Kumara , S. Kurz , A. Kuzmin , Y.-J. Kwon , S. Lacaprara , C. La Licata , L. Lanceri , J.S. Lange , K. Lautenbach , I.-S. Lee , S.C. Lee , P. Leitl , D. Levit , L.K. Li , Y.B. Li , J. Libby , K. Lieret , L. Li Gioi , Z. Liptak , Q.Y. Liu , D. Liventsev , S. Longo , T. Luo , Y. Maeda , M. Maggiora , E. Manoni , S. Marcello , C. Marinas , A. Martini , M. Masuda , T. Matsuda , K. Matsuoka , D. Matvienko , F. Meggendorfer , J.C. Mei , F. Meier , M. Merola , F. Metzner , M. Milesi , C. Miller , K. Miyabayashi , H. Miyake , R. Mizuk , K. Azmi , G.B. Mohanty , T. Moon , T. Morii , H.-G. Moser , F. Mueller , F.J. Müller , Th. Muller , G. Muroyama , R. Mussa , E. Nakano , M. Nakao , M. Nayak , G. Nazaryan , D. Neverov , C. Niebuhr , N.K. Nisar , S. Nishida , K. Nishimura , M. Nishimura , B. Oberhof , K. Ogawa , Y. Onishchuk , H. Ono , Y. Onuki , P. Oskin , H. Ozaki , P. Pakhlov , G. Pakhlova , A. Paladino , A. Panta , E. Paoloni , H. Park , B. Paschen , A. Passeri , A. Pathak , S. Paul , T.K. Pedlar , I. Peruzzi , R. Peschke , R. Pestotnik , M. Piccolo , L.E. Piilonen , V. Popov , C. Praz , E. Prencipe , M.T. Prim , M.V. Purohit , P. Rados , R. Rasheed (2) , S. Reiter , M. Remnev , P.K. Resmi , I. Ripp-Baudot (2) , M. Ritter , G. Rizzo , L.B. Rizzuto , S.H. Robertson , D. Rodríguez Pérez , J.M. Roney , C. Rosenfeld , A. Rostomyan , N. Rout , G. Russo , D. Sahoo , Y. Sakai , S. Sandilya , A. Sangal , L. Santelj , P. Sartori , Y. Sato , V. Savinov , B. Scavino , J. Schueler , C. Schwanda , R.M. Seddon , Y. Seino , A. Selce , K. Senyo , C. Sfienti , C.P. Shen , J.-G. Shiu , B. Shwartz , A. Sibidanov , F. Simon , R.J. Sobie , A. Soffer , A. Sokolov , E. Solovieva , S. Spataro , B. Spruck , M. Starič , S. Stefkova , Z.S. Stottler , R. Stroili , J. Strube , M. Sumihama , T. Sumiyoshi , D.J. Summers , S.Y. Suzuki , M. Tabata , M. Takizawa , U. Tamponi , S. Tanaka , K. Tanida , N. Taniguchi , P. Taras , F. Tenchini , E. Torassa , K. Trabelsi (1) , T. Tsuboyama , M. Uchida , K. Unger , Y. Unno , S. Uno , Y. Ushiroda , S.E. Vahsen , R. van Tonder , G.S. Varner , K.E. Varvell , A. Vinokurova , L. Vitale , A. Vossen , M. Wakai , H.M. Wakeling , W. Wan Abdullah , C.H. Wang , M.-Z. Wang , A. Warburton , M. Watanabe , J. Webb , S. Wehle , C. Wessel , J. Wiechczynski , H. Windel , E. Won , B. Yabsley , S. Yamada , W. Yan , S.B. Yang , H. Ye , J.H. Yin , M. Yonenaga , C.Z. Yuan , Y. Yusa , L. Zani , Z. Zhang , V. Zhilich , Q.D. Zhou , X.Y. Zhou , V.I. Zhukova

1 LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire
2 IPHC - Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien

Theories beyond the standard model often predict the existence of an additional neutral boson, the Z′. Using data collected by the Belle II experiment during 2018 at the SuperKEKB collider, we perform the first searches for the invisible decay of a Z′ in the process e+e-→μ+μ-Z′ and of a lepton-flavor-violating Z′ in e+e-→e±μ∓Z′. We do not find any excess of events and set 90% credibility level upper limits on the cross sections of these processes. We translate the former, in the framework of an Lμ-Lτ theory, into upper limits on the Z′ coupling constant at the level of 5×10-2−1 for MZ′≤6  GeV/c2.

Mots clés: 12.60.-i; 14.80.-j; 13.66.De; 95.35.+d; Elementary Particles and Fields; electron positron: annihilation; electron positron: colliding beams; Z': electroproduction; muon: pair production; lepton: flavor: violation; BELLE; coupling constant: upper limit; Z': invisible decay; missing-energy; KEK-B; channel cross section: upper limit; experimental results; electron positron --> positron muon- Z'; electron positron --> electron muon+ Z'; S056ZOT

Domaines: Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]

I. Adachi, P. Ahlburg, H. Aihara, N. Akopov, A. Aloisio, et al.. Search for an Invisibly Decaying $Z^{\prime}$ Boson at Belle II in $e^+ e^- \to \mu^+ \mu^- (e^{\pm} \mu^{\mp})$ Plus Missing Energy Final States. Physical Review Letters, 2020, 124 (14), pp.141801. ⟨10.1103/PhysRevLett.124.141801⟩. ⟨hal-02504642⟩