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Journal Article PUBDB-2023-00908
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Search for a dark photon and an invisible dark Higgs boson in $\mu^+\mu^-$ and missing energy final states with the Belle II experiment

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2023
APS College Park, Md.

Physical review letters 130(7), 071804 () [10.1103/PhysRevLett.130.071804]
 GO

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Report No.: Belle II Preprint 2022-001; KEK Preprint 2022-6; arXiv:2207.00509

Abstract: The dark photon $A^\prime$ and the dark Higgs boson $h^\prime$ are hypothetical particles predicted in many dark sector models. We search for the simultaneous production of $A^\prime$ and $h^\prime$ in the dark Higgsstrahlung process $e^{+}e^{-}\rightarrow A^\prime \, h^\prime$ with $A^\prime \rightarrow \mu^+\mu^-$ and $ h^\prime$ invisible in electron-positron collisions at a center-of-mass energy of 10.58 GeV collected by the Belle II experiment in 2019. With an integrated luminosity of 8.34 fb$^{-1}$ we observe no evidence for signal. We obtain exclusion limits at 90% Bayesian credibility in the range 1.7--5.0 fb on the cross section and in the range $1.7 \times10^{-8}$--$200 \times10^{-8}$ on the effective coupling $\varepsilon^2 \times \alpha_D$, for $A^\prime$ mass 4.0 GeV/$c^2$ $< M_{A^\prime}< 9.7$ GeV/$c^2$ and $h^\prime$ mass $M_{h^\prime} < M_{A^\prime}$, where $\varepsilon$ is the mixing strength between the Standard Model and the dark photon and $\alpha_D$ is the coupling of the dark photon to the dark Higgs boson. Our limits are the first in this mass range.

Keyword(s): electron positron: annihilation ; electron positron: colliding beams ; photon: hidden sector ; Higgs particle ; muon: pair production ; dilepton: final state ; BELLE ; KEK-B ; missing-energy ; statistical analysis: Bayesian ; photon: mixing ; channel cross section: upper limit ; coupling constant: upper limit ; experimental results ; 10.58 GeV-cms

Classification:

Note: Phys. Rev. Lett. 130, 071804 (2023). Accepted for publication in Physical Review Letters
Contributing Institute(s):
  1. BELLE II Experiment (BELLE)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
Experiment(s):
  1. KEK: BELLE I/II

Appears in the scientific report 2023
Database coverage:
Medline ; Creative Commons Attribution CC BY 4.0 ; SCOAP3 OpenAccess ; OpenAccess ; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Electronics and Telecommunications Collection ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; Ebsco Academic Search ; Essential Science Indicators ; IF >= 5 ; JCR ; NationallizenzNationallizenz ; SCOAP3 sponsored Journal ; SCOPUS ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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 Record created 2023-02-23, last modified 2025-07-24
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