Journal Article PUBDB-2023-05940

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Search for a $\tau^+\tau^-$ resonance in $e^{+}e^{-}\rightarrow \mu^{+}\mu^{-} \tau^+\tau^-$ events with the Belle II experiment

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2023
APS College Park, Md.

Physical review letters 131(12), 121802 () [10.1103/PhysRevLett.131.121802]
 GO

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Report No.: Belle II preprint: 2022-006; KEK preprint: 2022-32; arXiv:2306.12294

Abstract: We report the first search for a nonstandard-model resonance decaying into τ pairs in $e^+ e^-$ $→ μ^+ μ^-$ $τ^+τ^-$ events in the 3.6–10 GeV/c$^2$ mass range. We use a 62.8 fb$^{-1 }$ sample of $e^+ e^-$ collisions collected at a center-of-mass energy of 10.58 GeV by the Belle II experiment at the SuperKEKB collider. The analysis probes three different models predicting a spin-1 particle coupling only to the heavier lepton families, a Higgs-like spin-0 particle that couples preferentially to charged leptons (leptophilic scalar), and an axionlike particle, respectively. We observe no evidence for a signal and set exclusion limits at 90% confidence level on the product of cross section and branching fraction into τ pairs, ranging from 0.7 to 24 fb, and on the couplings of these processes. We obtain world-leading constraints on the couplings for the leptophilic scalar model for masses above 6.5 GeV/c$^2$ and for the axionlike particle model over the entire mass range.

Keyword(s): electron positron: annihilation ; electron positron: colliding beams ; tau: pair production ; muon: pair production ; lepton: family ; model: scalar ; lepton, family ; model, scalar ; GeV ; lepton: coupling: high ; axion-like particles ; BELLE ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; branching ratio ; KEK-B ; coupling constant: upper limit ; mass dependence ; experimental results ; electron positron --> muon+ muon- tau+ tau- ; 10.58 GeV-cms

Classification:

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:
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