Measurement of the B0s → μ+ μ− Decay Properties and Search for the B0 → μ+ μ− and B0s → μ+ μ− γ Decays

Aaij, R.; Abellán Beteta, C.; Ackernley, T.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Afsharnia, H.; Aidala, C. A.; Aiola, S.; Ajaltouni, Z.; Akar, S.; Albrecht, J.; Alessio, F.; Alexander, M.; Alfonso Albero, A.; Aliouche, Z.; Alkhazov, G.; Alvarez Cartelle, P.; Amato, S.; Amhis, Y.; An, L.; Anderlini, L.; Andreianov, A.; Andreotti, M.; Archilli, F.; Artamonov, A.; Artuso, M.; Arzymatov, K.; Aslanides, E.; Atzeni, M.; Audurier, B.; Bachmann, S.; Bachmayer, M.; Back, J. J.; Baladron Rodriguez, P.; Balagura, V.; Baldini, W.; Baptista Leite, J.; Barlow, R. J.; Barsuk, S.; Barter, W.; Bartolini, M.; Baryshnikov, F.; Basels, J. M.; Bassi, G.; Batsukh, B.; Battig, A.; Bay, A.; Becker, M.; Bedeschi, F.; Bediaga, I.; Beiter, A.; Belavin, V.; Belin, S.; Bellee, V.; Belous, K.; Belov, I.; Belyaev, I.; Bencivenni, G.; Ben-Haim, E.; Berezhnoy, A.; Bernet, R.; Berninghoff, D.; Bernstein, H. C.; Bertella, C.; Bertolin, A.; Betancourt, C.; Betti, F.; Bezshyiko, Ia.; Bhasin, S.; Bhom, J.; Bian, L.; Bieker, M. S.; Bifani, S.; Billoir, P.; Birch, M.; Bishop, F. C. R.; Bitadze, A.; Bizzeti, A.; Bjørn, M.; Blago, M. P.; Blake, T.; Blanc, F.; Blusk, S.; Bobulska, D.; Boelhauve, J. A.; Boente Garcia, O.; Boettcher, T.; Boldyrev, A.; Bondar, A.; Bondar, N.; Borghi, S.; Borisyak, M.; Borsato, M.; Borsuk, J. T.; Bouchiba, S. A.; Bowcock, T. J. V.; Boyer, A.; Bozzi, C.; Bradley, M. J.; Braun, S.; Brea Rodriguez, A.; Brodski, M.; Brodzicka, J.; Brossa Gonzalo, A.; Brundu, D.; Buonaura, A.; Burr, C.; Bursche, A.; Butkevich, A.; Butter, J. S.; Buytaert, J.; Byczynski, W.; Cadeddu, S.; Cai, H.; Calabrese, R.; Calefice, L.; Calero Diaz, L.; Cali, S.; Calladine, R.; Calvi, M.; Calvo Gomez, M.; Camargo Magalhaes, P.; Camboni, A.; Campana, P.; Campoverde Quezada, A. F.; Capelli, S.; Capriotti, L.; Carbone, A.; Carboni, G.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carli, I.; Carniti, P.; Carus, L.; Carvalho Akiba, K.; Casais Vidal, A.; Casse, G.; Cattaneo, M.; Cavallero, G.; Celani, S.; Cerasoli, J.; Chadwick, A. J.; Chapman, M. G.; Charles, M.; Charpentier, Ph.; Chatzikonstantinidis, G.; Chavez Barajas, C. A.; Chefdeville, M.; Chen, C.; Chen, S.; Chernov, A.; Chobanova, V.; Cholak, S.; Chrzaszcz, M.; Chubykin, A.; Chulikov, V.; Ciambrone, P.; Cicala, M. F.; Cid Vidal, X.; Ciezarek, G.; Clarke, P. E. L.; Clemencic, M.; Cliff, H. V.; Closier, J.; Cobbledick, J. L.; Coco, V.; Coelho, J. A. B.; Cogan, J.; Cogneras, E.; Cojocariu, L.; Collins, P.; Colombo, T.; Congedo, L.; Contu, A.; Cooke, N.; Coombs, G.; Corti, G.; Costa Sobral, C. M.; Couturier, B.; Craik, D. C.; Crkovská, J.; Cruz Torres, M.; Currie, R.; Da Silva, C. L.; Dadabaev, S.; Dall'Occo, E.; Dalseno, J.; D'Ambrosio, C.; Danilina, A.; D'Argent, P.; Davis, A.; De Aguiar Francisco, O.; De Bruyn, K.; De Capua, S.; De Cian, M.; De Miranda, J. M.; De Paula, L.; De Serio, M.; De Simone, D.; De Simone, P.; De Vellis, F.; de Vries, J. A.; Dean, C. T.; Decamp, D.; Del Buono, L.; Delaney, B.; Dembinski, H. -P.; Dendek, A.; Denysenko, V.; Derkach, D.; Deschamps, O.; Desse, F.; Dettori, F.; Dey, B.; Di Cicco, A.; Di Nezza, P.; Didenko, S.; Dieste Maronas, L.; Dijkstra, H.; Dobishuk, V.; Donohoe, A. M.; Dordei, F.; dos Reis, A. C.; Douglas, L.; Dovbnya, A.; Downes, A. G.; Dreimanis, K.; Dudek, M. W.; Dufour, L.; Duk, V.; Durante, P.; Durham, J. M.; Dutta, D.; Dziurda, A.; Dzyuba, A.; Easo, S.; Egede, U.; Egorychev, V.; Eidelman, S.; Eisenhardt, S.; Ek-In, S.; Eklund, L.; Ely, S.; Ene, A.; Epple, E.; Escher, S.; Eschle, J.; Esen, S.; Evans, T.; Falabella, A.; Fan, J.; Fan, Y.; Fang, B.; Farry, S.; Fazzini, D.; Féo, M.; Fernandez Prieto, A.; Fernez, A. D.; Ferrari, F.; Ferreira Lopes, L.; Ferreira Rodrigues, F.; Ferreres Sole, S.; Ferrillo, M.; Ferro-Luzzi, M.; Filippov, S.; Fini, R. A.; Fiorini, M.; Firlej, M.; Fischer, K. M.; Fitzgerald, D. S.; Fitzpatrick, C.; Fiutowski, T.; Fleuret, F.; Fontana, M.; Fontanelli, F.; Forty, R.; Franco Lima, V.; Franco Sevilla, M.; Frank, M.; Franzoso, E.; Frau, G.; Frei, C.; Friday, D. A.; Fu, J.; Fuehring, Q.; Funk, W.; Gabriel, E.; Gaintseva, T.; Gallas Torreira, A.; Galli, D.; Gambetta, S.; Gan, Y.; Gandelman, M.; Gandini, P.; Gao, Y.; Garau, M.; Garcia Martin, L. M.; Garcia Moreno, P.; García Pardiñas, J.; Garcia Plana, B.; Garcia Rosales, F. A.; Garrido, L.; Gaspar, C.; Geertsema, R. E.; Gerick, D.; Gerken, L. L.; Gersabeck, E.; Gersabeck, M.; Gershon, T.; Gerstel, D.; Ghez, Ph.; Gibson, V.; Giemza, H. K.; Giovannetti, M.; Gioventù, A.; Gironella Gironell, P.; Giubega, L.; Giugliano, C.; Gizdov, K.; Gkougkousis, E. L.; Gligorov, V. V.; Göbel, C.; Golobardes, E.; Golubkov, D.; Golutvin, A.; Gomes, A.; Gomez Fernandez, S.; Goncalves Abrantes, F.; Goncerz, M.; Gong, G.; Gorbounov, P.; Gorelov, I. V.; Gotti, C.; Govorkova, E.; Grabowski, J. P.; Grammatico, T.; Granado Cardoso, L. A.; Graugés, E.; Graverini, E.; Graziani, G.; Grecu, A.; Greeven, L. M.; Griffith, P.; Grillo, L.; Gromov, S.; Gruberg Cazon, B. R.; Gu, C.; Guarise, M.; Günther, P. A.; Gushchin, E.; Guth, A.; Guz, Y.; Gys, T.; Hadavizadeh, T.; Haefeli, G.; Haen, C.; Haimberger, J.; Halewood-leagas, T.; Hamilton, P. M.; Hammerich, J. P.; Han, Q.; Han, X.; Hancock, T. H.; Hansmann-Menzemer, S.; Harnew, N.; Harrison, T.; Hasse, C.; Hatch, M.; He, J.; Hecker, M.; Heijhoff, K.; Heinicke, K.; Hennequin, A. M.; Hennessy, K.; Henry, L.; Heuel, J.; Hicheur, A.; Hill, D.; Hilton, M.; Hollitt, S. E.; Hu, J.; Hu, J.; Hu, W.; Hu, X.; Huang, W.; Huang, X.; Hulsbergen, W.; Hunter, R. J.; Hushchyn, M.; Hutchcroft, D.; Hynds, D.; Ibis, P.; Idzik, M.; Ilin, D.; Ilten, P.; Inglessi, A.; Ishteev, A.; Ivshin, K.; Jacobsson, R.; Jakobsen, S.; Jans, E.; Jashal, B. K.; Jawahery, A.; Jevtic, V.; Jiang, F.; John, M.; Johnson, D.; Jones, C. R.; Jones, T. P.; Jost, B.; Jurik, N.; Kandybei, S.; Kang, Y.; Karacson, M.; Karpov, M.; Keizer, F.; Kenzie, M.; Ketel, T.; Khanji, B.; Kharisova, A.; Kholodenko, S.; Kirn, T.; Kirsebom, V. S.; Kitouni, O.; Klaver, S.; Klimaszewski, K.; Koliiev, S.; Kondybayeva, A.; Konoplyannikov, A.; Kopciewicz, P.; Kopecna, R.; Koppenburg, P.; Korolev, M.; Kostiuk, I.; Kot, O.; Kotriakhova, S.; Kravchenko, P.; Kravchuk, L.; Krawczyk, R. D.; Kreps, M.; Kress, F.; Kretzschmar, S.; Krokovny, P.; Krupa, W.; Krzemien, W.; Kucewicz, W.; Kucharczyk, M.; Kudryavtsev, V.; Kuindersma, H. S.; Kunde, G. J.; Kvaratskheliya, T.; Lacarrere, D.; Lafferty, G.; Lai, A.; Lampis, A.; Lancierini, D.; Lane, J. J.; Lane, R.; Lanfranchi, G.; Langenbruch, C.; Langer, J.; Lantwin, O.; Latham, T.; Lazzari, F.; Le Gac, R.; Lee, S. H.; Lefèvre, R.; Leflat, A.; Legotin, S.; Leroy, O.; Lesiak, T.; Leverington, B.; Li, H.; Li, L.; Li, P.; Li, S.; Li, Y.; Li, Y.; Li, Z.; Liang, X.; Lin, T.; Lindner, R.; Lisovskyi, V.; Litvinov, R.; Liu, G.; Liu, H.; Liu, S.; Loi, A.; Lomba Castro, J.; Longstaff, I.; Lopes, J. H.; Lovell, G. H.; Lu, Y.; Lucchesi, D.; Luchuk, S.; Lucio Martinez, M.; Lukashenko, V.; Luo, Y.; Lupato, A.; Luppi, E.; Lupton, O.; Lusiani, A.; Lyu, X.; Ma, L.; Ma, R.; Maccolini, S.; Machefert, F.; Maciuc, F.; Macko, V.; Mackowiak, P.; Maddrell-Mander, S.; Madejczyk, O.; Madhan Mohan, L. R.; Maev, O.; Maevskiy, A.; Maisuzenko, D.; Majewski, M. W.; Malczewski, J. J.; Malde, S.; Malecki, B.; Malinin, A.; Maltsev, T.; Malygina, H.; Manca, G.; Mancinelli, G.; Manuzzi, D.; Marangotto, D.; Maratas, J.; Marchand, J. F.; Marconi, U.; Mariani, S.; Marin Benito, C.; Marinangeli, M.; Marks, J.; Marshall, A. M.; Marshall, P. J.; Martellotti, G.; Martinazzoli, L.; Martinelli, M.; Martinez Santos, D.; Martinez Vidal, F.; Massafferri, A.; Materok, M.; Matev, R.; Mathad, A.; Mathe, Z.; Matiunin, V.; Matteuzzi, C.; Mattioli, K. R.; Mauri, A.; Maurice, E.; Mauricio, J.; Mazurek, M.; Mccann, M.; Mcconnell, L.; Mcgrath, T. H.; Mcnab, A.; Mcnulty, R.; Mead, J. V.; Meadows, B.; Meier, G.; Meinert, N.; Melnychuk, D.; Meloni, S.; Merk, M.; Merli, A.; Meyer Garcia, L.; Mikhasenko, M.; Milanes, D. A.; Millard, E.; Milovanovic, M.; Minard, M. -N.; Minotti, A.; Minzoni, L.; Mitchell, S. E.; Mitreska, B.; Mitzel, D. S.; Mödden, A.; Mohammed, R. A.; Moise, R. D.; Mombächer, T.; Monroy, I. A.; Monteil, S.; Morandin, M.; Morello, G.; Morello, M. J.; Moron, J.; Morris, A. B.; Morris, A. G.; Mountain, R.; Mu, H.; Muheim, F.; Mulder, M.; Müller, D.; Müller, K.; Murphy, C. H.; Murray, D.; Muzzetto, P.; Naik, P.; Nakada, T.; Nandakumar, R.; Nanut, T.; Nasteva, I.; Needham, M.; Neri, I.; Neri, N.; Neubert, S.; Neufeld, N.; Newcombe, R.; Nguyen, T. D.; Nguyen-Mau, C.; Niel, E. M.; Nieswand, S.; Nikitin, N.; Nolte, N. S.; Normand, C.; Nunez, C.; Oblakowska-Mucha, A.; Obraztsov, V.; O'Hanlon, D. P.; Oldeman, R.; Olivares, M. E.; Onderwater, C. J. G.; Ossowska, A.; Otalora Goicochea, J. M.; Ovsiannikova, T.; Owen, P.; Oyanguren, A.; Pagare, B.; Pais, P. R.; Pajero, T.; Palano, A.; Palutan, M.; Pan, Y.; Panshin, G.; Papanestis, A.; Pappagallo, M.; Pappalardo, L. L.; Pappenheimer, C.; Parker, W.; Parkes, C.; Parkinson, C. J.; Passalacqua, B.; Passaleva, G.; Pastore, A.; Patel, M.; Patrignani, C.; Pawley, C. J.; Pearce, A.; Pellegrino, A.; Pepe Altarelli, M.; Perazzini, S.; Pereima, D.; Perret, P.; Petric, M.; Petridis, K.; Petrolini, A.; Petrov, A.; Petrucci, S.; Petruzzo, M.; Pham, T. T. H.; Philippov, A.; Pica, L.; Piccini, M.; Pietrzyk, B.; Pietrzyk, G.; Pili, M.; Pinci, D.; Pisani, F.; Resmi P., K; Placinta, V.; Plews, J.; Plo Casasus, M.; Polci, F.; Poli Lener, M.; Poliakova, M.; Poluektov, A.; Polukhina, N.; Polyakov, I.; Polycarpo, E.; Pomery, G. J.; Ponce, S.; Popov, D.; Popov, S.; Poslavskii, S.; Prasanth, K.; Promberger, L.; Prouve, C.; Pugatch, V.; Pullen, H.; Punzi, G.; Qi, H.; Qian, W.; Qin, J.; Qin, N.; Quagliani, R.; Quintana, B.; Raab, N. V.; Rabadan Trejo, R. I.; Rachwal, B.; Rademacker, J. H.; Rama, M.; Ramos Pernas, M.; Rangel, M. S.; Ratnikov, F.; Raven, G.; Reboud, M.; Redi, F.; Reiss, F.; Remon Alepuz, C.; Ren, Z.; Renaudin, V.; Ribatti, R.; Ricciardi, S.; Rinnert, K.; Robbe, P.; Robertson, G.; Rodrigues, A. B.; Rodrigues, E.; Rodriguez Lopez, J. A.; Rollings, A.; Roloff, P.; Romanovskiy, V.; Romero Lamas, M.; Romero Vidal, A.; Roth, J. D.; Rotondo, M.; Rudolph, M. S.; Ruf, T.; Ruiz Vidal, J.; Ryzhikov, A.; Ryzka, J.; Saborido Silva, J. J.; Sagidova, N.; Sahoo, N.; Saitta, B.; Salomoni, M.; Sanchez Gras, C.; Santacesaria, R.; Santamarina Rios, C.; Santimaria, M.; Santovetti, E.; Saranin, D.; Sarpis, G.; Sarpis, M.; Sarti, A.; Satriano, C.; Satta, A.; Saur, M.; Savrina, D.; Sazak, H.; Scantlebury Smead, L. G.; Scarabotto, A.; Schael, S.; Schellenberg, M.; Schiller, M.; Schindler, H.; Schmelling, M.; Schmidt, B.; Schneider, O.; Schopper, A.; Schubiger, M.; Schulte, S.; Schune, M. H.; Schwemmer, R.; Sciascia, B.; Sellam, S.; Semennikov, A.; Senghi Soares, M.; Sergi, A.; Serra, N.; Sestini, L.; Seuthe, A.; Seyfert, P.; Shang, Y.; Shangase, D. M.; Shapkin, M.; Shchemerov, I.; Shchutska, L.; Shears, T.; Shekhtman, L.; Shen, Z.; Shevchenko, V.; Shields, E. B.; Shmanin, E.; Shupperd, J. D.; Siddi, B. G.; Silva Coutinho, R.; Simi, G.; Simone, S.; Skidmore, N.; Skwarnicki, T.; Slater, M. W.; Slazyk, I.; Smallwood, J. C.; Smeaton, J. G.; Smetkina, A.; Smith, E.; Smith, M.; Snoch, A.; Soares, M.; Soares Lavra, L.; Sokoloff, M. D.; Soler, F. J. P.; Solovev, A.; Solovyev, I.; Souza De Almeida, F. L.; Souza De Paula, B.; Spaan, B.; Spadaro Norella, E.; Spradlin, P.; Stagni, F.; Stahl, M.; Stahl, S.; Stefko, P.; Steinkamp, O.; Stenyakin, O.; Stevens, H.; Stone, S.; Stramaglia, M. E.; Straticiuc, M.; Strekalina, D.; Suljik, F.; Sun, J.; Sun, L.; Sun, Y.; Svihra, P.; Swallow, P. N.; Swientek, K.; Szabelski, A.; Szumlak, T.; Szymanski, M.; Taneja, S.; Terentev, A.; Teubert, F.; Thomas, E.; Thomson, K. A.; Tisserand, V.; T'Jampens, S.; Tobin, M.; Tomassetti, L.; Torres Machado, D.; Tou, D. Y.; Tran, M. T.; Trifonova, E.; Trippl, C.; Tuci, G.; Tully, A.; Tuning, N.; Ukleja, A.; Unverzagt, D. J.; Ursov, E.; Usachov, A.; Ustyuzhanin, A.; Uwer, U.; Vagner, A.; Vagnoni, V.; Valassi, A.; Valenti, G.; Valls Canudas, N.; van Beuzekom, M.; Van Dijk, M.; van Herwijnen, E.; Van Hulse, C. B.; van Veghel, M.; Vazquez Gomez, R.; Vazquez Regueiro, P.; Vázquez Sierra, C.; Vecchi, S.; Velthuis, J. J.; Veltri, M.; Venkateswaran, A.; Veronesi, M.; Vesterinen, M.; Vieira, D.; Vieites Diaz, M.; Viemann, H.; Vilasis-Cardona, X.; Vilella Figueras, E.; Villa, A.; Vincent, P.; Vom Bruch, D.; Vorobyev, A.; Vorobyev, V.; Voropaev, N.; Vos, K.; Waldi, R.; Walsh, J.; Wang, C.; Wang, J.; Wang, J.; Wang, J.; Wang, J.; Wang, M.; Wang, R.; Wang, Y.; Wang, Z.; Wang, Z.; Wark, H. M.; Watson, N. K.; Weber, S. G.; Websdale, D.; Weisser, C.; Westhenry, B. D. C.; White, D. J.; Whitehead, M.; Wiedner, D.; Wilkinson, G.; Wilkinson, M.; Williams, I.; Williams, M.; Williams, M. R. J.; Wilson, F. F.; Wislicki, W.; Witek, M.; Witola, L.; Wormser, G.; Wotton, S. A.; Wu, H.; Wyllie, K.; Xiang, Z.; Xiao, D.; Xie, Y.; Xu, A.; Xu, J.; Xu, L.; Xu, M.; Xu, Q.; Xu, Z.; Xu, Z.; Yang, D.; Yang, S.; Yang, Y.; Yang, Z.; Yang, Z.; Yao, Y.; Yeomans, L. E.; Yin, H.; Yu, J.; Yuan, X.; Yushchenko, O.; Zaffaroni, E.; Zavertyaev, M.; Zdybal, M.; Zenaiev, O.; Zeng, M.; Zhang, D.; Zhang, L.; Zhang, S.; Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zharkova, A.; Zhelezov, A.; Zheng, Y.; Zhou, X.; Zhou, Y.; Zhu, X.; Zhu, Z.; Zhukov, V.; Zonneveld, J. B.; Zou, Q.; Zucchelli, S.; Zuliani, D.; Zunica, G.

doi:10.1103/PhysRevD.105.012010

An improved measurement of the decay B0s → μ+ μ− and searches for the decays B0 → μ+ μ− and B0s → μ+ μ− γ are performed at the LHCb experiment using data collected in proton-proton collisions at √s = 7, 8 and 13 TeV, corresponding to integrated luminosities of 1, 2 and 6 fb^−1, respectively. The B0s → μ+ μ− branching fraction and effective lifetime are measured to be B(B0s → μ+ μ−) = (3.09{−0.43}{+0.46}{−0.11}{+0.15}) × 10^−9 and τ(B0s → μ+ μ−) = (2.07 ± 0.29 ± 0.03) ps, respectively, where the uncertainties include both statistical and systematic contributions. No significant signal for B0 → μ+ μ− and B0s → μ+ μ− γ decays is found and the upper limits B(B0 → μ+ μ−) < 2.6 × 10^−10 and B(B0s → μ+ μ− γ) < 2.0 × 10^−9 at 95% confidence level are determined, where the latter is limited to the range m_μμ > 4.9 GeV/c^2. Additionally, the ratio between the B0 → μ+ μ− and B0s → μ+ μ− branching fractions is measured to be R_μ+μ− < 0.095 at 95% confidence level. The results are in agreement with the Standard Model predictions.

Aaij, R., Abellán Beteta, C., Ackernley, T., Adeva, B., Adinolfi, M., Afsharnia, H., et al. (2022). Measurement of the B0s → μ+ μ− Decay Properties and Search for the B0 → μ+ μ− and B0s → μ+ μ− γ Decays. PHYSICAL REVIEW D, 105(1), 1-34 [10.1103/PhysRevD.105.012010].