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Journal Article PUBDB-2024-04815
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Evidence for $B^{+}\to K^{+}\nu\bar{\nu}$ Decays

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2024
American Physical Society Ridge, NY

Physical review / D 109(11), 112006 () [10.1103/PhysRevD.109.112006]
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Report No.: Belle II Preprint 2023-017; KEK Preprint 2023-35; arXiv:2311.14647

Abstract: We search for the rare decay $B^{+}\rightarrow K^{+}\nu\bar{\nu}$ in a $362\ \rm{fb}^{-1}$ sample of electron-positron collisions at the $\Upsilon(4S)$ resonance collected with the Belle II detector at the SuperKEKB collider. We use the inclusive properties of the accompanying $B$ meson in $\Upsilon(4S) \to B\kern 0.18em\overline{\kern -0.18em B}{}$ events to suppress background from other decays of the signal $B$ candidate and light-quark pair production. We validate the measurement with an auxiliary analysis based on a conventional hadronic reconstruction of the accompanying $B$ meson. For background suppression, we exploit distinct signal features using machine learning methods tuned with simulated data. The signal-reconstruction efficiency and background suppression are validated through various control channels. The branching fraction is extracted in a maximum likelihood fit. Our inclusive and hadronic analyses yield consistent results for the $B^{+}\rightarrow K^{+}\nu\bar{\nu}$ branching fraction of $\left[2.7\pm 0.5(\mathrm{stat})\pm 0.5(\mathrm{syst})\right] \times 10^{-5}$ and $\left[1.1^{+0.9}_{-0.8}(\mathrm{stat}){}^{+0.8}_{-0.5}(\mathrm{syst})\right] \times 10^{-5}$, respectively. Combining the results, we determine the branching fraction of the decay $B^{+}\rightarrow K^{+}\nu\bar{\nu}$ to be $\left[2.3 \pm 0.5(\mathrm{stat})^{+0.5}_{-0.4}(\mathrm{syst})\right]\times 10^{-5}$, providing the first evidence for this decay at $3.5$ standard deviations. The combined result is $2.7$ standard deviations above the standard model expectation.

Keyword(s): electron positron: annihilation ; electron positron: colliding beams ; B: pair production ; B+: semileptonic decay ; K+ ; background: suppression ; B+: branching ratio: measured ; Upsilon(10570): electroproduction ; neutrino: pair production ; B+: rare decay ; BELLE ; KEK-B ; efficiency ; machine learning ; neural network ; data analysis method ; experimental results ; B+ --> K+ neutrino antineutrino

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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