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Report/Journal Article PUBDB-2020-01697
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Measurement of properties of B$^0_\mathrm{s}\to\mu^+\mu^-$ decays and search for B$^0\to\mu^+\mu^-$ with the CMS experiment

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2020
Elsevier Amsterdam

JHEP reports 04(4), 188 () [10.1007/JHEP04(2020)188]
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Report No.: CERN-EP-2019-215; CMS-BPH-16-004; arXiv:1910.12127

Abstract: Results are reported for the B$^0_\mathrm{s}\to\mu^+\mu^-$ branching fraction and effective lifetime and from a search for the decay B$^0\to\mu^+\mu^-$. The analysis uses a data sample of proton-proton collisions accumulated by the CMS experiment in 2011, 2012, and 2016, with center-of-mass energies (integrated luminosities) of 7 TeV (5 fb$^{-1}$), 8 TeV (20 fb$^{-1}$), and 13 TeV (36 fb$^{-1}$). The branching fractions are determined by measuring event yields relative to B$^+\to$J/$\psi$K$^+$ decays (with J/$\psi\to\mu^+\mu^-$), which results in the reduction of many of the systematic uncertainties. The decay B$^0_\mathrm{s}\to\mu^+\mu^-$ is observed with a significance of 5.6 standard deviations. The branching fraction is measured to be $\mathcal{B}$(B$^0_\mathrm{s}\to\mu^+\mu^-$) = [2.9$ ^{+0.7}_{-0.6}$ (exp)$\pm$0.2(frag)]$\times 10^{-9}$, where the first uncertainty combines the experimental statistical and systematic contributions, and the second is due to the uncertainty in the ratio of the B$^0_\mathrm{s}$ and the B$^+$ fragmentation functions. No significant excess is observed for the decay B$^0\to\mu^+\mu^-$, and an upper limit of $\mathcal{B}$(B$^0\to\mu^+\mu^-$) < 3.6$\times$10$^{-10}$ is obtained at 95% confidence level. The B$^0_\mathrm{s}\to\mu^+\mu^-$ effective lifetime is measured to be $\tau_{\mu^+\mu^-}$= 1.70$^{+0.61}_{-0.44}$ ps. These results are consistent with standard model predictions.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; B0: leptonic decay ; B/s0: leptonic decay ; B0: rare decay ; B/s0: rare decay ; muon: pair production ; B/s0: branching ratio: measured ; B0: branching ratio: upper limit ; lifetime: measured ; CERN LHC Coll ; CMS ; fragmentation function ; statistical ; experimental results ; B0 --> muon+ muon- ; B/s0 --> muon+ muon- ; 7000 GeV-cms ; 8000 GeV-cms ; 13000 GeV-cms

Classification:

Note: All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/BPH-16-004 (CMS Public Pages)
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF3-611) (POF3-611)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2020
Database coverage:
Creative Commons Attribution CC BY 4.0 ; DOAJ ; OpenAccess ; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; DOAJ Seal ; Ebsco Academic Search ; IF >= 5 ; JCR ; NationallizenzNationallizenz ; SCOPUS ; Science Citation Index ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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