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First search for $B \rightarrow X_{s} ν\barν$ decays

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2025

 GO

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Report No.: Belle II Preprint 2025-025; KEK Preprint 2025-27; arXiv:2511.10980

Abstract: We report the first search for the flavor-changing neutral-current decays $B \rightarrow X_{s} ν\barν$, where $X_{s}$ is a hadronic system with strangeness equal to 1, in data collected with the Belle~II detector at the SuperKEKB asymmetric-energy $e^+e^-$ collider. The data sample corresponds to an integrated luminosity of $365~\textrm{fb}^{-1}$ collected at the $Υ(4S)$ resonance and $43~\textrm{fb}^{-1}$ collected at a center-of-mass energy $60~\textrm{MeV}$ below resonance for estimation of $e^+e^-\to q\bar{q}$ continuum background. One of the $B$ mesons from the $Υ(4S) \to B\bar{B}$ decay is fully reconstructed in a hadronic decay mode. The $B \to X_s ν\barν$ decay is reconstructed with a sum-of-exclusives approach that uses 30 $X_s$ decay modes. This approach provides high sensitivity to the inclusive decay, despite the presence of two undetected neutrinos. The search is performed in three regions of the $X_{s}$ mass, chosen to separate contributions from prominent resonances. We do not observe a significant signal and set upper limits at 90% confidence level on the partial branching fractions for the regions $0.0 < M_{X_{s}} < 0.6~\textrm{GeV}/c^{2}$, $0.6 < M_{X_{s}} < 1.0~\textrm{GeV}/c^{2}$, and $1.0~\textrm{GeV}/c^{2} < M_{X_{s}}$ of $2.2 \times 10^{-5}$, $9.5 \times 10^{-5}$, and $31.2 \times 10^{-5}$, respectively. Combining the three mass regions, we obtain the upper limit on the branching fraction, $B(B \to X_s ν\barν) < 3.2 \times 10^{-4}$.


Note: 8 pages, 2 figures + supplemental material
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
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Private Collections > >DESY > >FH > BELLE
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 Record created 2025-12-08, last modified 2025-12-08
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