Search for lepton-number- and baryon-number-violating tau decays at Belle

D. Sahoo , G.B. Mohanty , K. Trabelsi (1) , I. Adachi , K. Adamczyk , H. Aihara , S. Al Said , D.M. Asner , T. Aushev , R. Ayad , T. Aziz , V. Babu , S. Bahinipati , P. Behera , J. Bennett , M. Bessner , V. Bhardwaj , T. Bilka , J. Biswal , G. Bonvicini , A. Bozek , M. Bračko , T.E. Browder , M. Campajola , L. Cao , D. Červenkov , M.-C. Chang , P. Chang , V. Chekelian , A. Chen , B.G. Cheon , K. Chilikin , H.E. Cho , K. 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. Dubey , S. Eidelman , D. Epifanov , T. Ferber , D. Ferlewicz , A. Frey , B.G. Fulsom , R. Garg , V. Gaur , A. Garmash , A. Giri , P. Goldenzweig , B. Golob , Y. Guan , K. Gudkova , C. Hadjivasiliou , S. Halder , 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 , H.B. Jeon , S. Jia , Y. Jin , C.W. Joo , K.K. Joo , A.B. Kaliyar , K.H. Kang , G. Karyan , T. Kawasaki , H. Kichimi , C. Kiesling , D.Y. 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 , R. Kumar , K. Kumara , A. Kuzmin , Y.-J. Kwon , K. Lalwani , I.S. Lee , S.C. Lee , C.H. Li , J. Li , L.K. Li , Y.B. Li , J. Libby , K. Lieret , D. Liventsev , T. Luo , J. Macnaughton , M. Masuda , T. Matsuda , D. Matvienko , M. Merola , F. Metzner , K. Miyabayashi , R. Mizuk , S. Mohanty , T.J. Moon , R. Mussa , E. Nakano , 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 , T. Pang , 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 , M. Rozanska , G. Russo , Y. Sakai , S. Sandilya , L. Santelj , T. Sanuki , V. Savinov , G. Schnell , J. Schueler , C. Schwanda , A.J. Schwartz , Y. Seino , K. Senyo , M.E. Sevior , M. Shapkin , C. Sharma , C.P. Shen , J.-G. Shiu , B. Shwartz , F. Simon , A. Sokolov , E. Solovieva , S. Stanič , M. Starič , Z.S. Stottler , J.F. Strube , T. Sumiyoshi , M. Takizawa , U. Tamponi , K. Tanida , F. Tenchini , M. Uchida , S. Uehara , T. Uglov , Y. Unno , S. Uno , P. Urquijo , Y. Ushiroda , S.E. Vahsen , R. van Tonder , G. Varner , 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 , V. Zhilich , V. Zhukova , V. Zhulanov

1 IJCLab - Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie

We search for lepton-number- and baryon-number-violating decays $\tau^{-}\to\overline{p}e^{+}e^{-}$, $pe^{-}e^{-}$, $\overline{p}e^{+}\mu^{-}$, $\overline{p}e^{-}\mu^{+}$, $\overline{p}\mu^{+}\mu^{-}$, and $p\mu^{-}\mu^{-}$ using 921 fb$^{-1}$ of data, equivalent to $(841\pm12)\times 10^6$ $\tau^{+}\tau^{-}$ events, recorded with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy $e^{+}e^{-}$ collider. In the absence of a signal, $90\%$ confidence-level upper limits are set on the branching fractions of these decays in the range $(1.8$-$4.0)\times 10^{-8}$. We set the world's first limits on the first four channels and improve the existing limits by an order of magnitude for the last two channels.

Mots clés: electron positron: annihilation; electron positron: colliding beams; tau: pair production; lepton number: violation; baryon number: violation; tau: rare decay; tau: semileptonic decay; electron: pair production; muon: pair production; BELLE; tau: branching ratio: upper limit; KEK-B; experimental results; tau- --> anti-p electron positron; tau- --> p 2electron; tau- --> anti-p muon+ muon-; tau- --> anti-p positron muon-; tau- --> anti-p electron muon+; tau- --> p 2muon-; S035.334; S035.335; S035.351; S035.352; S035.353; S035.354

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

D. Sahoo, G.B. Mohanty, K. Trabelsi, I. Adachi, K. Adamczyk, et al.. Search for lepton-number- and baryon-number-violating tau decays at Belle. Physical Review D, 2020, 102, pp.111101. ⟨10.1103/PhysRevD.102.111101⟩. ⟨hal-03010979⟩