Search for Long-Lived Scalar Particles in B+ → K+ χ(μ+ μ−) Decays

Aaij, R.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Ajaltouni, Z.; Akar, S.; Albrecht, J.; Alessio, F.; Alexander, M.; Ali, S.; Alkhazov, G.; Alvarez Cartelle, P.; Alves Jr, A. A.; Amato, S.; Amerio, S.; Amhis, Y.; An, L.; Anderlini, L.; Andreassi, G.; Andreotti, M.; Andrews, J. E.; Appleby, R. B.; Archilli, F.; D'Argent, P.; Arnau Romeu, J.; Artamonov, A.; Artuso, M.; Aslanides, E.; Auriemma, G.; Baalouch, M.; Babuschkin, I.; Bachmann, S.; Back, J. J.; Badalov, A.; Baesso, C.; Baker, S.; Balagura, V.; Baldini, W.; Barlow, R. J.; Barschel, C.; Barsuk, S.; Barter, W.; Baryshnikov, F.; Baszczyk, M.; Batozskaya, V.; Batsukh, B.; Battista, V.; Bay, A.; Beaucourt, L.; Beddow, J.; Bedeschi, F.; Bediaga, I.; Bel, L. J.; Bellee, V.; Belloli, N.; Belous, K.; Belyaev, I.; Ben Haim, E.; Bencivenni, G.; Benson, S.; Berezhnoy, A.; Bernet, R.; Bertolin, A.; Betancourt, C.; Betti, Federico; Bettler, M. O.; van Beuzekom, M.; Bezshyiko, I. a.; Bifani, S.; Billoir, P.; Bird, T.; Birnkraut, A.; Bitadze, A.; Bizzeti, A.; Blake, T.; Blanc, F.; Blouw, J.; Blusk, S.; Bocci, V.; Boettcher, T.; Bondar, A.; Bondar, N.; Bonivento, W.; Bordyuzhin, I.; Borgheresi, A.; Borghi, S.; Borisyak, M.; Borsato, M.; Bossu, F.; Boubdir, M.; Bowcock, T. J. V.; Bowen, E.; Bozzi, C.; Braun, S.; Britsch, M.; Britton, T.; Brodzicka, J.; Buchanan, E.; Burr, C.; Bursche, A.; Buytaert, J.; Cadeddu, S.; Calabrese, R.; Calvi, M.; Calvo Gomez, M.; Camboni, A.; Campana, P.; Campora Perez, D. H.; Capriotti, L.; Carbone, Angelo; Carboni, G.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carniti, P.; Carson, L.; Carvalho Akiba, K.; Casse, G.; Cassina, L.; Castillo Garcia, L.; Cattaneo, M.; Cavallero, G.; Cenci, R.; Chamont, D.; Charles, M.; Charpentier, P. h.; Chatzikonstantinidis, G.; Chefdeville, M.; Chen, S.; Cheung, S. F.; Chobanova, V.; Chrzaszcz, M.; Cid Vidal, X.; Ciezarek, G.; Clarke, P. E. L.; Clemencic, M.; Cliff, H. V.; Closier, J.; Coco, V.; Cogan, J.; Cogneras, E.; Cogoni, V.; Cojocariu, L.; Collazuol, G.; Collins, P.; Comerma Montells, A.; Contu, A.; Cook, A.; Coombs, G.; Coquereau, S.; Corti, G.; Corvo, M.; Costa Sobral, C. M.; Couturier, B.; Cowan, G. A.; Craik, D. C.; Crocombe, A.; Cruz Torres, M.; Cunliffe, S.; Currie, R.; D'Ambrosio, C.; Da Cunha Marinho, F.; Dall'Occo, E.; Dalseno, J.; David, P. N. Y.; Davis, A.; De Bruyn, K.; De Capua, S.; De Cian, M.; De Miranda, J. M.; De Paula, L.; De Serio, M.; De Simone, P.; Dean, C. T.; Decamp, D.; Deckenhoff, M.; Del Buono, L.; Demmer, M.; Dendek, A.; Derkach, D.; Deschamps, O.; Dettori, F.; Dey, B.; Di Canto, A.; Dijkstra, H.; Dordei, F.; Dorigo, M.; Dosil Suárez, A.; Dovbnya, A.; Dreimanis, K.; Dufour, L.; Dujany, G.; Dungs, K.; Durante, P.; Dzhelyadin, R.; Dziurda, A.; Dzyuba, A.; Déléage, N.; Easo, S.; Ebert, M.; Egede, U.; Egorychev, V.; Eidelman, S.; Eisenhardt, S.; Eitschberger, U.; Ekelhof, R.; Eklund, L.; Ely, S.; Esen, S.; Evans, H. M.; Evans, T.; Falabella, A.; Farley, N.; Farry, S.; Fay, R.; Fazzini, D.; Ferguson, D.; Fernandez Prieto, A.; Ferrari, Fabio; Ferreira Rodrigues, F.; Ferro Luzzi, M.; Filippov, S.; Fini, R. A.; Fiore, M.; Fiorini, M.; Firlej, M.; Fitzpatrick, C.; Fiutowski, T.; Fleuret, F.; Fohl, K.; Fontana, M.; Fontanelli, F.; Forshaw, D. C.; Forty, R.; Franco Lima, V.; Frank, M.; Frei, C.; Fu, J.; Funk, W.; Furfaro, E.; Färber, C.; Gallas Torreira, A.; Galli, Domenico; Gallorini, S.; Gambetta, S.; Gandelman, M.; Gandini, P.; Gao, Y.; Garcia Martin, L. M.; García Pardiñas, J.; Garra Tico, J.; Garrido, L.; Garsed, P. J.; Gascon, D.; Gaspar, C.; Gavardi, L.; Gazzoni, G.; Gerick, D.; Gersabeck, E.; Gersabeck, M.; Gershon, T.; Ghez, P. h.; Gianì, S.; Gibson, V.; Girard, O. G.; Giubega, L.; Gizdov, K.; Gligorov, V. V.; Golubkov, D.; Golutvin, A.; Gomes, A.; Gorelov, I. V.; Gotti, C.; Graciani Diaz, R.; Granado Cardoso, L. A.; Graugés, E.; Graverini, E.; Graziani, G.; Grecu, A.; Griffith, P.; Grillo, L.; Gruberg Cazon, B. R.; Grünberg, O.; Gushchin, E.; Guz, Y. u.; Gys, T.; Göbel, C.; Hadavizadeh, T.; Hadjivasiliou, C.; Haefeli, G.; Haen, C.; Haines, S. C.; Hamilton, B.; Han, X.; Hansmann Menzemer, S.; Harnew, N.; Harnew, S. T.; Harrison, J.; Hatch, M.; He, J.; Head, T.; Heister, A.; Hennessy, K.; Henrard, P.; Henry, L.; van Herwijnen, E.; Heß, M.; Hicheur, A.; Hill, D.; Hombach, C.; Hopchev, H.; Hulsbergen, W.; Humair, T.; Hushchyn, M.; Hutchcroft, D.; Idzik, M.; Ilten, P.; Jacobsson, R.; Jaeger, A.; Jalocha, J.; Jans, E.; Jawahery, A.; Jiang, F.; John, M.; Johnson, D.; Jones, C. R.; Joram, C.; Jost, B.; Jurik, N.; Kandybei, S.; Karacson, M.; Kariuki, J. M.; Karodia, S.; Kecke, M.; Kelsey, M.; Kenzie, M.; Ketel, T.; Khairullin, E.; Khanji, B.; Khurewathanakul, C.; Kirn, T.; Klaver, S.; Klimaszewski, K.; Koliiev, S.; Kolpin, M.; Komarov, I.; Koopman, R. F.; Koppenburg, P.; Kosmyntseva, A.; Kozachuk, A.; Kozeiha, M.; Kravchuk, L.; Kreplin, K.; Kreps, M.; Krokovny, P.; Kruse, F.; Krzemien, W.; Kucewicz, W.; Kucharczyk, M.; Kudryavtsev, V.; Kuonen, A. K.; Kurek, K.; Kvaratskheliya, T.; Lacarrere, D.; Lafferty, G.; Lai, A.; Lanfranchi, G.; Langenbruch, C.; Latham, T.; Lazzeroni, C.; Le Gac, R.; van Leerdam, J.; Leflat, A.; Lefrançois, J.; Lefèvre, R.; Lemaitre, F.; Lemos Cid, E.; Leroy, O.; Lesiak, T.; Leverington, B.; Li, T.; Li, Y.; Likhomanenko, T.; Lindner, R.; Linn, C.; Lionetto, F.; Liu, X.; Loh, D.; Longstaff, I.; Lopes, J. H.; Lucchesi, D.; Lucio Martinez, M.; Luo, H.; Lupato, A.; Luppi, E.; Lupton, O.; Lusiani, A.; Lyu, X.; Machefert, F.; Maciuc, F.; Maev, O.; Maguire, K.; Malde, S.; Malinin, A.; Maltsev, T.; Manca, G.; Mancinelli, G.; Manning, P.; Maratas, J.; Marchand, J. F.; Marconi, U.; Marin Benito, C.; Marinangeli, M.; Marino, P.; Marks, J.; Martellotti, G.; Martin, M.; Martinelli, M.; Martinez Santos, D.; Martinez Vidal, F.; Martins Tostes, D.; Massacrier, L. M.; Massafferri, A.; Matev, R.; Mathad, A.; Mathe, Z.; Matteuzzi, C.; Mauri, A.; Maurice, E.; Maurin, B.; Mazurov, A.; Mccann, M.; Mcnab, A.; Mcnulty, R.; Meadows, B.; Meier, F.; Meissner, M.; Melnychuk, D.; Merk, M.; Merli, A.; Michielin, E.; Milanes, D. A.; Minard, M. N.; Mitzel, D. S.; Mogini, A.; Molina Rodriguez, J.; Monroy, I. A.; Monteil, S.; Morandin, M.; Morawski, P.; Mordà, A.; Morello, M. J.; Morgunova, O.; Moron, J.; Morris, A. B.; Mountain, R.; Muheim, F.; Mulder, M.; Mussini, Manuel; Müller, D.; Müller, J.; Müller, K.; Müller, V.; Naik, P.; Nakada, T.; Nandakumar, R.; Nandi, A.; Nasteva, I.; Needham, M.; Neri, N.; Neubert, S.; Neufeld, N.; Neuner, M.; Nguyen, T. D.; Nguyen Mau, C.; Nieswand, S.; Niet, R.; Nikitin, N.; Nikodem, T.; Nogay, A.; Novoselov, A.; O'Hanlon, D. P.; Oblakowska Mucha, A.; Obraztsov, V.; Ogilvy, S.; Oldeman, R.; Onderwater, C. J. G.; Otalora Goicochea, J. M.; Otto, A.; Owen, P.; Oyanguren, A.; Pais, P. R.; Palano, A.; Palombo, F.; Palutan, M.; Papanestis, A.; Pappagallo, M.; Pappalardo, L. L.; Parker, W.; Parkes, C.; Passaleva, G.; Pastore, A.; Patel, G. D.; Patel, M.; Patrignani, Claudia; Pearce, A.; Pellegrino, A.; Penso, G.; Pepe Altarelli, M.; Perazzini, Stefano; Perret, P.; Pescatore, L.; Petridis, K.; Petrolini, A.; Petrov, A.; Petruzzo, M.; Picatoste Olloqui, E.; Pietrzyk, B.; Pikies, M.; Pinci, D.; Pistone, A.; Piucci, A.; Placinta, V.; Playfer, S.; Plo Casasus, M.; Poikela, T.; Polci, F.; Poluektov, A.; Polyakov, I.; Polycarpo, E.; Pomery, G. J.; Popov, A.; Popov, D.; Popovici, B.; Poslavskii, S.; Potterat, C.; Price, E.; Price, J. D.; Prisciandaro, J.; Pritchard, A.; Prouve, C.; Pugatch, V.; Puig Navarro, A.; Punzi, G.; Qian, W.; Quagliani, R.; Rachwal, B.; Rademacker, J. H.; Rama, M.; Ramos Pernas, M.; Rangel, M. S.; Raniuk, I.; Ratnikov, F.; Raven, G.; Redi, F.; Reichert, S.; dos Reis, A. C.; Remon Alepuz, C.; Renaudin, V.; Ricciardi, S.; Richards, S.; Rihl, M.; Rinnert, K.; Rives Molina, V.; Robbe, P.; Rodrigues, A. B.; Rodrigues, E.; Rodriguez Lopez, J. A.; Rodriguez Perez, P.; Rogozhnikov, A.; Roiser, S.; Rollings, A.; Romanovskiy, V.; Romero Vidal, A.; Ronayne, J. W.; Rotondo, M.; Rudolph, M. S.; Ruf, T.; Ruiz Valls, P.; Saborido Silva, J. J.; Sadykhov, E.; Sagidova, N.; Saitta, B.; Salustino Guimaraes, V.; Sanchez Mayordomo, C.; Sanmartin Sedes, B.; Santacesaria, R.; Santamarina Rios, C.; Santimaria, M.; Santovetti, E.; Sarti, A.; Satriano, C.; Satta, A.; Saunders, D. M.; Savrina, D.; Schael, S.; Schellenberg, M.; Schiller, M.; Schindler, H.; Schlupp, M.; Schmelling, M.; Schmelzer, T.; Schmidt, B.; Schneider, O.; Schopper, A.; Schubert, K.; Schubiger, M.; Schune, M. H.; Schwemmer, R.; Sciascia, B.; Sciubba, A.; Semennikov, A.; Sergi, A.; Serra, N.; Serrano, J.; Sestini, L.; Seyfert, P.; Shapkin, M.; Shapoval, I.; Shcheglov, Y.; Shears, T.; Shekhtman, L.; Shevchenko, V.; Siddi, B. G.; Silva Coutinho, R.; Silva de Oliveira, L.; Simi, G.; Simone, S.; Sirendi, M.; Skidmore, N.; Skwarnicki, T.; Smith, E.; Smith, I. T.; Smith, J.; Smith, M.; Snoek, H.; Soares Lavra, L.; Sokoloff, M. D.; Soler, F. J. P.; Souza De Paula, B.; Spaan, B.; Spradlin, P.; Sridharan, S.; Stagni, F.; Stahl, M.; Stahl, S.; Stefko, P.; Stefkova, S.; Steinkamp, O.; Stemmle, S.; Stenyakin, O.; Stevens, H.; Stevenson, S.; Stoica, S.; Stone, S.; Storaci, B.; Stracka, S.; Straticiuc, M.; Straumann, U.; Sun, L.; Sutcliffe, W.; Swientek, K.; Syropoulos, V.; Szczekowski, M.; Szumlak, T.; T'Jampens, S.; Tayduganov, A.; Tekampe, T.; Tellarini, G.; Teubert, F.; Thomas, E.; van Tilburg, J.; Tilley, M. J.; Tisserand, V.; Tobin, M.; Tolk, S.; Tomassetti, L.; Tonelli, D.; Topp Joergensen, S.; Toriello, F.; Tournefier, E.; Tourneur, S.; Trabelsi, K.; Traill, M.; Tran, M. T.; Tresch, M.; Trisovic, A.; Tsaregorodtsev, A.; Tsopelas, P.; Tully, A.; Tuning, N.; Ukleja, A.; Ustyuzhanin, A.; Uwer, U.; Vacca, C.; Vagnoni, VINCENZO MARIA; Valassi, A.; Valat, S.; Valenti, G.; Vazquez Gomez, R.; Vazquez Regueiro, P.; Vecchi, S.; van Veghel, M.; Velthuis, J. J.; Veltri, M.; Veneziano, G.; Venkateswaran, A.; Vernet, M.; Vesterinen, M.; Viana Barbosa, J. V.; Viaud, B.; Vieira, D.; Vieites Diaz, M.; Viemann, H.; Vilasis Cardona, X.; Vitti, M.; Volkov, V.; Vollhardt, A.; Voneki, B.; Vorobyev, A.; Vorobyev, V.; Voß, C.; de Vries, J. A.; Vázquez Sierra, C.; Waldi, R.; Wallace, C.; Wallace, R.; Walsh, J.; Wang, J.; Ward, D. R.; Wark, H. M.; Watson, N. K.; Websdale, D.; Weiden, A.; Whitehead, M.; Wicht, J.; Wilkinson, G.; Wilkinson, M.; Williams, M.; Williams, M. P.; Williams, M.; Williams, T.; Wilson, F. F.; Wimberley, J.; Wishahi, J.; Wislicki, W.; Witek, M.; Wormser, G.; Wotton, S. A.; Wraight, K.; Wyllie, K.; Xie, Y.; Xing, Z.; Xu, Z.; Yang, Z.; Yao, Y.; Yin, H.; Yu, J.; Yuan, X.; Yushchenko, O.; Zarebski, K. A.; Zavertyaev, M.; Zhang, L.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zhelezov, A.; Zheng, Y.; Zhu, X.; Zhukov, V.; Zucchelli, Stefano

doi:10.1103/PhysRevD.95.071101

A search for a long-lived scalar particle χ is performed, looking for the decay B+ → K+ χ with χ → μ+ μ− in pp collision data corresponding to an integrated luminosity of 3 fb^−1, collected by the LHCb experiment at center-of-mass energies of √s = 7 and 8 TeV. This new scalar particle, predicted by hidden sector models, is assumed to have a narrow width. The signal would manifest itself as an excess in the dimuon invariant mass distribution over the Standard Model background. No significant excess is observed in the accessible ranges of mass 250 < m(χ) < 4700 MeV/c^2 and lifetime 0.1 < τ(χ) < 1000 ps. Upper limits on the branching fraction B(B+ → K+ χ(μ+ μ−)) at 95% confidence level are set as a function of m(χ) and τ(χ), varying between 2 × 10^−10 and 10^−7 . These are the most stringent limits to date. The limits are interpreted in the context of a model with a light inflaton particle.