The standard model of particle physics currently provides our best description of fundamental particles and their interactions. The theory predicts that the different charged leptons, the electron, muon and tau, have identical electroweak interaction strengths. Previous measurements have shown that a wide range of particle decays are consistent with this principle of lepton universality. This article presents evidence for the breaking of lepton universality in beauty-quark decays, with a significance of 3.1 standard deviations, based on proton–proton collision data collected with the LHCb detector at CERN’s Large Hadron Collider. The measurements are of processes in which a beauty meson transforms into a strange meson with the emission of either an electron and a positron, or a muon and an antimuon. If confirmed by future measurements, this violation of lepton universality would imply physics beyond the standard model, such as a new fundamental interaction between quarks and leptons.

Test of Lepton Universality in Beauty-Quark Decays

Capriotti, L.;Carbone, A.;Ferrari, F.;Galli, D.;Maccolini, S.;Manuzzi, D.;Patrignani, C.;Zucchelli, S.;
2022

Abstract

The standard model of particle physics currently provides our best description of fundamental particles and their interactions. The theory predicts that the different charged leptons, the electron, muon and tau, have identical electroweak interaction strengths. Previous measurements have shown that a wide range of particle decays are consistent with this principle of lepton universality. This article presents evidence for the breaking of lepton universality in beauty-quark decays, with a significance of 3.1 standard deviations, based on proton–proton collision data collected with the LHCb detector at CERN’s Large Hadron Collider. The measurements are of processes in which a beauty meson transforms into a strange meson with the emission of either an electron and a positron, or a muon and an antimuon. If confirmed by future measurements, this violation of lepton universality would imply physics beyond the standard model, such as a new fundamental interaction between quarks and leptons.
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.; 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 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 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.; Fernandez-tenllado Arribas, J.M.; 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.; 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.; 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.; Jezabek, M.; 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.; Liu, X.; 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.; Meaux, C.; 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.; 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.; K, Resmi P.; 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.; Qian, W.; Qin, J.; 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 Gonzalo, D.; 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.; 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.; 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.; Vincent, P.; Vom Bruch, D.; Vorobyev, A.; Vorobyev, V.; Voropaev, N.; 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.; 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.
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
2022-AR-13-Test_of_Lepton_Universality_in_Beauty_Quark_Decays-NPHYS.pdf

accesso aperto

Tipo: Versione (PDF) editoriale
Licenza: Licenza per Accesso Aperto. Creative Commons Attribuzione (CCBY)
Dimensione 4.81 MB
Formato Adobe PDF
4.81 MB Adobe PDF Visualizza/Apri

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11585/899042
Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus 79
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? 42
social impact