First Search for Exotic Z Boson Decays into Photons and Neutral Pions in Hadron Collisions

Aaltonen, T.; Amerio, S.; Amidei, D.; Anastassov, A.; Annovi, A.; Antos, J.; Apollinari, G.; Appel, J.  . A.; Arisawa, T.; Artikov, A.; Asaadi, J.; Ashmanskas, W.; Auerbach, B.; Aurisano, A.; Azfar, F.; Badgett, W.; Bae, T.; Barbaro Galtieri, A.; Barnes, V.  . E.; Barnett, B.  . A.; Barria, P.; Bartos, P.; Bauce, M.; Bedeschi, F.; Behari, S.; Bellettini, G.; Bellinger, J.; Benjamin, D.; Beretvas, A.; Bhatti, A.; Bland, K.  . R.; Blumenfeld, B.; Bocci, A.; Bodek, A.; Bortoletto, D.; Boudreau, J.; Boveia, A.; Brigliadori, Luca; Bromberg, C.; Brucken, E.; Budagov, J.; Budd, H.  . S.; Burkett, K.; Busetto, G.; Bussey, P.; Butti, P.; Buzatu, A.; Calamba, A.; Camarda, S.; Campanelli, M.; Canelli, F.; Carls, B.; Carlsmith, D.; Carosi, R.; Carrillo, S.; Casal, B.; Casarsa, M.; Castro, Andrea; Catastini, P.; Cauz, D.; Cavaliere, V.; Cavalli Sforza, M.; Cerri, A.; Cerrito, L.; Chen, Y.  . C.; Chertok, M.; Chiarelli, G.; Chlachidze, G.; Cho, K.; Chokheli, D.; Clark, A.; Clarke, C.; Convery, M.  . E.; Conway, J.; Corbo, M.; Cordelli, M.; Cox, C.  . A.; Cox, D.  . J.; Cremonesi, M.; Cruz, D.; Cuevas, J.; Culbertson, R.; D’Ascenzo, N.; Datta, M.; de Barbaro, P.; Demortier, L.; Deninno, MARIA MADDALENA; D’Errico, M.; Devoto, F.; Di Canto, A.; Di Ruzza, B.; Dittmann, J.  . R.; Donati, S.; D’Onofrio, M.; Dorigo, M.; Driutti, A.; Ebina, K.; Edgar, R.; Elagin, A.; Erbacher, R.; Errede, S.; Esham, B.; Farrington, S.; Fernández Ramos, J.  . P.; Field, R.; Flanagan, G.; Forrest, R.; Franklin, M.; Freeman, J.  . C.; Frisch, H.; Funakoshi, Y.; Galloni, C.; Garfinkel, A.  . F.; Garosi, P.; Gerberich, H.; Gerchtein, E.; Giagu, S.; Giakoumopoulou, V.; Gibson, K.; Ginsburg, C.  . M.; Giokaris, N.; Giromini, P.; Giurgiu, G.; Glagolev, V.; Glenzinski, D.; Gold, M.; Goldin, D.; Golossanov, A.; Gomez, G.; Gomez Ceballos, G.; Goncharov, M.; González López, O.; Gorelov, I.; Goshaw, A.  . T.; Goulianos, K.; Gramellini, E.; Grinstein, S.; Grosso Pilcher, C.; Group, R.  . C.; Guimaraes da Costa, J.; Hahn, S.  . R.; Han, J.  . Y.; Happacher, F.; Hara, K.; Hare, M.; Harr, R.  . F.; Harrington Taber, T.; Hatakeyama, K.; Hays, C.; Heinrich, J.; Herndon, M.; Hocker, A.; Hong, Z.; Hopkins, W.; Hou, S.; Hughes, R.  . E.; Husemann, U.; Hussein, M.; Huston, J.; Introzzi, G.; Iori, M.; Ivanov, A.; James, E.; Jang, D.; Jayatilaka, B.; Jeon, E.  . J.; Jindariani, S.; Jones, M.; Joo, K.  . K.; Jun, S.  . Y.; Junk, T.  . R.; Kambeitz, M.; Kamon, T.; Karchin, P.  . E.; Kasmi, A.; Kato, Y.; Ketchum, W.; Keung, J.; Kilminster, B.; Kim, D.  . H.; Kim, H.  . S.; Kim, J.  . E.; Kim, M.  . J.; Kim, S.  . H.; Kim, S.  . B.; Kim, Y.  . J.; Kim, Y.  . K.; Kimura, N.; Kirby, M.; Knoepfel, K.; Kondo, K.; Kong, D.  . J.; Konigsberg, J.; Kotwal, A.  . V.; Kreps, M.; Kroll, J.; Kruse, M.; Kuhr, T.; Kurata, M.; Laasanen, A.  . T.; Lammel, S.; Lancaster, M.; Lannon, K.; Latino, G.; Lee, H.  . S.; Lee, J.  . S.; Leo, S.; Leone, S.; Lewis, J.  . D.; Limosani, A.; Lipeles, E.; Lister, A.; Liu, H.; Liu, Q.; Liu, T.; Lockwitz, S.; Loginov, A.; Lucchesi, D.; Lucà, A.; Lueck, J.; Lujan, P.; Lukens, P.; Lungu, G.; Lys, J.; Lysak, R.; Madrak, R.; Maestro, P.; Malik, S.; Manca, G.; Manousakis Katsikakis, A.; Marchese, L.; Margaroli, F.; Marino, P.; Martínez, M.; Matera, K.; Mattson, M.  . E.; Mazzacane, A.; Mazzanti, Paolo; Mcnulty, R.; Mehta, A.; Mehtala, P.; Mesropian, C.; Miao, T.; Mietlicki, D.; Mitra, A.; Miyake, H.; Moed, S.; Moggi, Niccolo'; Moon, C.  . S.; Moore, R.; Morello, M.  . J.; Mukherjee, A.; Muller, T. h.; Murat, P.; Mussini, Manuel; Nachtman, J.; Nagai, Y.; Naganoma, J.; Nakano, I.; Napier, A.; Nett, J.; Neu, C.; Nigmanov, T.; Nodulman, L.; Noh, S.  . Y.; Norniella, O.; Oakes, L.; S.  . H., Oh; Y.  . D., Oh; Oksuzian, I.; Okusawa, T.; Orava, R.; Ortolan, L.; Pagliarone, C.; Palencia, E.; Palni, P.; Papadimitriou, V.; Parker, W.; Pauletta, G.; Paulini, M.; Paus, C.; Phillips, T.  . J.; Piacentino, G.; Pianori, E.; Pilot, J.; Pitts, K.; Plager, C.; Pondrom, L.; Poprocki, S.; Potamianos, K.; Pranko, A.; Prokoshin, F.; Ptohos, F.; Punzi, G.; Ranjan, N.; Redondo Fernández, I.; Renton, P.; Rescigno, M.; Rimondi, Franco; Ristori, L.; Robson, A.; Rodriguez, T.; Rolli, S.; Ronzani, M.; Roser, R.; Rosner, J.  . L.; Ruffini, F.; Ruiz, A.; Russ, J.; Rusu, V.; Sakumoto, W.  . K.; Sakurai, Y.; Santi, L.; Sato, K.; Saveliev, V.; Savoy Navarro, A.; Schlabach, P.; Schmidt, E.  . E.; Schwarz, T.; Scodellaro, L.; Scuri, F.; Seidel, S.; Seiya, Y.; Semenov, A.; Sforza, F.; Shalhout, S.  . Z.; Shears, T.; Shepard, P.  . F.; Shimojima, M.; Shochet, M.; Shreyber Tecker, I.; Simonenko, A.; Sliwa, K.; Smith, J.  . R.; Snider, F.  . D.; Song, H.; Sorin, V.; Denis, R. S. t.; Stancari, M.; Stentz, D.; Strologas, J.; Sudo, Y.; Sukhanov, A.; Suslov, I.; Takemasa, K.; Takeuchi, Y.; Tang, J.; Tecchio, M.; Teng, P.  . K.; Thom, J.; Thomson, E.; Thukral, V.; Toback, D.; Tokar, S.; Tollefson, K.; Tomura, T.; Tonelli, D.; Torre, S.; Torretta, D.; Totaro, P.; Trovato, M.; Ukegawa, F.; Uozumi, S.; Vázquez, F.; Velev, G.; Vellidis, C.; Vernieri, C.; Vidal, M.; Vilar, R.; Vizán, J.; Vogel, M.; Volpi, G.; Wagner, P.; Wallny, R.; Wang, S.  . M.; Waters, D.; Wester III, W.  . C.; Whiteson, D.; Wicklund, A.  . B.; Wilbur, S.; Williams, H.  . H.; Wilson, J.  . S.; Wilson, P.; Winer, B.  . L.; Wittich, P.; Wolbers, S.; Wolfe, H.; Wright, T.; Wu, X.; Wu, Z.; Yamamoto, K.; Yamato, D.; Yang, T.; Yang, U.  . K.; Yang, Y.  . C.; Yao, W. M.; Yeh, G.  . P.; Yi, K.; Yoh, J.; Yorita, K.; Yoshida, T.; G.  . B., Yu; Yu, I.; Zanetti, A.  . M.; Zeng, Y.; Zhou, C.; Zucchelli, Stefano

doi:10.1103/PhysRevLett.112.111803

A search for forbidden and exotic Z boson decays in the diphoton mass spectrum is presented for the first time in hadron collisions, based on data corresponding to 10.0 fb(-1) of integrated luminosity from proton-antiproton collisions at root s = 1.96 TeV collected by the CDF experiment. No evidence of signal is observed, and 95% credibility level Bayesian upper limits are set on the branching ratios of decays of the Z boson to a photon and neutral pion (which is detected as a photon), a pair of photons, and a pair of neutral pions. The observed branching ratio limits are 2.01 x 10(-5) for Z -> pi(0)gamma, 1.46 x 10(-5) for Z -> gamma gamma, and 1.52 x 10(-5) for Z -> pi(0)pi(0). The Z -> pi(0)gamma and Z -> gamma gamma limits improve the most stringent results from other experiments by factors of 2.6 and 3.6, respectively. The Z -> pi(0)pi(0) branching ratio limit is the first experimental result on this decay.

T. Aaltonen, S. Amerio, D. Amidei, A. Anastassov, A. Annovi, J. Antos, et al. (2014). First Search for Exotic Z Boson Decays into Photons and Neutral Pions in Hadron Collisions. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 112(11), 111803-1-111803-8 [10.1103/PhysRevLett.112.111803].