Physicists Hunt for Rare B Meson Decays Involving Tau Leptons
Researchers at CERN have conducted the first searches for exotic B meson decays that produce pairs of tau leptons—massive cousins of electrons. The discovery could reveal physics beyond the Standard Model and help explain fundamental mysteries about matter and antimatter in the universe.
Originaltitel: Searches for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo stretchy="false">→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>π</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msup> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>K</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>K</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>τ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>τ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> Decays
The first searches for <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <a:mrow> <a:msup> <a:mrow> <a:mi>B</a:mi> </a:mrow> <a:mrow> <a:mn>0</a:mn> </a:mrow> </a:msup> <a:mo stretchy="false">→</a:mo> <a:msup> <a:mrow> <a:mi>K</a:mi> </a:mrow> <a:mrow> <a:mo>+</a:mo> </a:mrow> </a:msup> <a:msup> <a:mrow> <a:mi>π</a:mi> </a:mrow> <a:mrow> <a:mo>−</a:mo> </a:mrow> </a:msup> <a:msup> <a:mrow> <a:mi>τ</a:mi> </a:mrow> <a:mrow> <a:mo>+</a:mo> </a:mrow> </a:msup> <a:msup> <a:mrow> <a:mi>τ</a:mi> </a:mrow> <a:mrow> <a:mo>−</a:mo> </a:mrow> </a:msup> </a:mrow> </a:math> and <d:math xmlns:d="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <d:mrow> <d:msubsup> <d:mrow> <d:mi>B</d:mi> </d:mrow> <d:mrow> <d:mi>s</d:mi> </d:mrow> <d:mrow> <d:mn>0</d:mn> </d:mrow> </d:msubsup> <d:mo stretchy="false">→</d:mo> <d:msup> <d:mrow> <d:mi>K</d:mi> </d:mrow> <d:mrow> <d:mo>+</d:mo> </d:mrow> </d:msup> <d:msup> <d:mrow> <d:mi>K</d:mi> </d:mrow> <d:mrow> <d:mo>−</d:mo> </d:mrow> </d:msup> <d:msup> <d:mrow> <d:mi>τ</d:mi> </d:mrow> <d:mrow> <d:mo>+</d:mo> </d:mrow> </d:msup> <d:msup> <d:mrow> <d:mi>τ</d:mi> </d:mrow> <d:mrow> <d:mo>−</d:mo> </d:mrow> </d:msup> </d:mrow> </d:math> decays at the LHCb experiment are conducted with <g:math xmlns:g="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <g:mi>p</g:mi> <g:mi>p</g:mi> </g:math> collision data corresponding to an integrated luminosity of <i:math xmlns:i="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <i:mn>5.4</i:mn> <i:mtext> </i:mtext> <i:mtext> </i:mtext> <i:msup> <i:mi>fb</i:mi> <i:mrow> <i:mo>−</i:mo> <i:mn>1</i:mn> </i:mrow> </i:msup> </i:math> . The tau leptons are reconstructed using the <k:math xmlns:k="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <k:mrow> <k:msup> <k:mrow> <k:mi>τ</k:mi> </k:mrow> <k:mrow> <k:mo>+</k:mo> </k:mrow> </k:msup> <k:mo stretchy="false">→</k:mo> <k:msup> <k:mrow> <k:mi>μ</k:mi> </k:mrow> <k:mrow> <k:mo>+</k:mo> </k:mrow> </k:msup> <k:msub> <k:mrow> <k:mover accent="true"> <k:mrow> <k:mi>ν</k:mi> </k:mrow> <k:mrow> <k:mo stretchy="false">¯</k:mo> </k:mrow> </k:mover> </k:mrow> <k:mrow> <k:mi>τ</k:mi> </k:mrow> </k:msub> <k:msub> <k:mrow> <k:mi>ν</k:mi> </k:mrow> <k:mrow> <k:mi>μ</k:mi> </k:mrow> </k:msub> </k:mrow> </k:math> decay and the results are presented in bins of <p:math xmlns:p="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <p:msup> <p:mi>K</p:mi> <p:mo>+</p:mo> </p:msup> <p:msup> <p:mi>π</p:mi> <p:mo>−</p:mo> </p:msup> </p:math> or <r:math xmlns:r="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <r:msup> <r:mi>K</r:mi> <r:mo>+</r:mo> </r:msup> <r:msup> <r:mi>K</r:mi> <r:mo>−</r:mo> </r:msup> </r:math> mass. No signal is observed and upper limits are set on the branching fractions. The searches result in the first upper limits for <t:math xmlns:t="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <t:mrow> <t:msup> <t:mrow> <t:mi>B</t:mi> </t:mrow> <t:mrow> <t:mn>0</t:mn> </t:mrow> </t:msup> <t:mo stretchy="false">→</t:mo> <t:msup> <t:mrow> <t:mi>K</t:mi> </t:mrow> <t:mrow> <t:mo>+</t:mo> </t:mrow> </t:msup> <t:msup> <t:mrow> <t:mi>π</t:mi> </t:mrow> <t:mrow> <t:mo>−</t:mo> </t:mrow> </t:msup> <t:msup> <t:mrow> <t:mi>τ</t:mi> </t:mrow> <t:mrow> <t:mo>+</t:mo> </t:mrow> </t:msup> <t:msup> <t:mrow> <t:mi>τ</t:mi> </t:mrow> <t:mrow> <t:mo>−</t:mo> </t:mrow> </t:msup> </t:mrow> </t:math> decays outside the <w:math xmlns:w="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <w:msup> <w:mi>K</w:mi> <w:mo>*</w:mo> </w:msup> <w:mo stretchy="false">(</w:mo> <w:mn>892</w:mn> <w:msup> <w:mo stretchy="false">)</w:mo> <w:mn>0</w:mn> </w:msup> </w:math> region in <ab:math xmlns:ab="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <ab:msup> <ab:mi>K</ab:mi> <ab:mo>+</ab:mo> </ab:msup> <ab:msup> <ab:mi>π</ab:mi> <ab:mo>−</ab:mo> </ab:msup