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Test of lepton flavor universality in B$^{\pm}$$\to$ K$^{\pm}\mu^+\mu^-$ and B$^{\pm}$$\to$ K$^{\pm}$e$^+$e$^-$ decays in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2024

[10.3204/PUBDB-2024-00388]  GO

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Report No.: CERN-EP-2023-297; CMS-BPH-22-005; arXiv:2401.07090

Abstract: A test of lepton flavor universality in B$^{\pm}$$\to$ K$^{\pm}\mu^+\mu^-$ and B$^{\pm}$$\to$ K$^{\pm}$e$^+$e$^-$ decays, as well as a measurement of differential and integrated branching fractions of a nonresonant B$^{\pm}$$\to$ K$^{\pm}\mu^+\mu^-$ decay are presented. The analysis is made possible by a dedicated data set of proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV recorded in 2018, by the CMS experiment at the LHC, using a special high-rate data stream designed for collecting about 10 billion unbiased b hadron decays. The ratio of the branching fractions $\mathcal{B}$(B$^{\pm}$$\to$ K$^{\pm}\mu^+\mu^-$) to $\mathcal{B}$(B$^{\pm}$$\to$ K$^{\pm}$e$^+$e$^-$) is determined from the measured double ratio $R$(K) of these decays to the respective branching fractions of the B$^\pm$$\to$ J/$\psi$K$^\pm$ with J/$\psi$$\to$$\mu^+\mu^-$ and e$^+$e$^-$ decays, which allow for significant cancellation of systematic uncertainties. The ratio $R$(K) is measured in the range 1.1 $\lt q^2 \lt$ 6.0 GeV$^2$, where $q$ is the invariant mass of the lepton pair, and is found to be $R$(K) = 0.78$^{+0.47}_{-0.23}$, in agreement with the standard model expectation $R$(K) $\approx$ 1. This measurement is limited by the statistical precision of the electron channel. The integrated branching fraction in the same $q^2$ range, $\mathcal{B}$(B$^{\pm}$$\to$ K$^{\pm}\mu^+\mu^-$) = (12.42 $\pm$ 0.68) $\times$ 10$^{-8}$, is consistent with the present world-average value and has a comparable precision.

Keyword(s): lepton, flavor, universality ; p p, scattering ; B, branching ratio ; flavor, universality ; lepton, mass ; lepton, flavor ; branching ratio, ratio ; hadron, decay ; TeV ; GeV ; electron ; CERN LHC Coll ; statistical ; CMS


Note: Submitted to Reports on Progress in Physics. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/BPH-22-005 (CMS Public Pages)
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  3. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
  4. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2024
Database coverage:
Creative Commons Attribution CC BY 4.0 ; OpenAccess ; Published
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 Record created 2024-01-22, last modified 2024-11-25
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