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Journal Article PUBDB-2024-04814
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Search for a $\mu^+\mu^-$ resonance in four-muon final states at Belle II

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2024
American Physical Society Ridge, NY

Physical review / D 109(11), 112015 () [10.1103/PhysRevD.109.112015]
 GO

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Report No.: Belle-II-preprint-2024-007; KEK-preprint-2023-55; arXiv:2403.02841

Abstract: We report on a search for a resonance $X$ decaying to a pair of muons in $e^{+}e^{-}\rightarrow \mu^+ \mu^- X$ events in the 0.212-9.000 GeV/$c^{2}$ mass range, using 178 fb$^{-1}$ of data collected by the BelleII experiment at the SuperKEKB collider at a center of mass energy of 10.58 GeV. The analysis probes two different models of $X$ beyond the standard model: a $Z^{\prime}$ vector boson in the $L_{\mu}-L_{\tau}$ model and a muonphilic scalar. We observe no evidence for a signal and set exclusion limits at the 90% confidence level on the products of cross section and branching fraction for these processes, ranging from 0.046 fb to 0.97 fb for the $L_{\mu}-L_{\tau}$ model and from 0.055 fb to 1.3 fb for the muonphilic scalar model. For masses below 6 GeV/$c^{2}$, the corresponding constraints on the couplings of these processes to the standard model range from 0.0008 to 0.039 for the $L_{\mu}-L_{\tau}$ model and from 0.0018 to 0.040 for the muonphilic scalar model. These are the first constraints on the muonphilic scalar from a dedicated search.

Keyword(s): electron positron: annihilation ; electron positron: colliding beams ; resonance: production ; resonance: leptonic decay ; Z': leptonic decay ; model: scalar ; muon: pair production ; final state: (4lepton) ; lepton number ; BELLE ; vector boson ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; coupling constant: upper limit ; KEK-B ; experimental results

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 2024
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