Search for a Dark Leptophilic Scalar in e+e- Collisions

Lees, J. P.; Poireau, V.; Tisserand, V.; Grauges, E.; Palano, A.; Eigen, G.; Brown, D. N.; Kolomensky, Y. G.; Fritsch, M.; Koch, H.; Schroeder, T.; Cheaib, R.; Hearty, C.; Mattison, T. S.; Mckenna, J. A.; R. Y., So; Blinov, V. E.; Buzykaev, A. R.; Druzhinin, V. P.; Golubev, V. B.; Kozyrev, E. A.; Kravchenko, E. A.; Onuchin, A. P.; Serednyakov, S. I.; Skovpen, Y. I.; Solodov, E. P.; Todyshev, K. Y.; Lankford, A. J.; Dey, B.; Gary, J. W.; Long, O.; Eisner, A. M.; Lockman, W. S.; Panduro Vazquez, W.; Chao, D. S.; Cheng, C. H.; Echenard, B.; Flood, K. T.; Hitlin, D. G.; Kim, J.; Li, Y.; Lin, D. X.; Miyashita, T. S.; Ongmongkolkul, P.; Oyang, J.; Porter, F. C.; Rohrken, M.; Huard, Z.; Meadows, B. T.; Pushpawela, B. G.; Sokoloff, M. D.; Sun, L.; Smith, J. G.; Wagner, S. R.; Bernard, D.; Verderi, M.; Bettoni, D.; Bozzi, C.; Calabrese, R.; Cibinetto, G.; Fioravanti, E.; Garzia, I.; Luppi, E.; Santoro, V.; Calcaterra, A.; De Sangro, R.; Finocchiaro, G.; Martellotti, S.; Patteri, P.; Peruzzi, I. M.; Piccolo, M.; Rotondo, M.; Zallo, A.; Passaggio, S.; Patrignani, C.; Shuve, B. J.; Lacker, H. M.; Bhuyan, B.; Mallik, U.; Chen, C.; Cochran, J.; Prell, S.; Gritsan, A. V.; Arnaud, N.; Davier, M.; Le Diberder, F.; Lutz, A. M.; Wormser, G.; Lange, D. J.; Wright, D. M.; Coleman, J. P.; Gabathuler, E.; Hutchcroft, D. E.; Payne, D. J.; Touramanis, C.; Bevan, A. J.; Di Lodovico, F.; Sacco, R.; Cowan, G.; Banerjee, S.; Brown, D. N.; Davis, C. L.; Denig, A. G.; Gradl, W.; Griessinger, K.; Hafner, A.; Schubert, K. R.; Barlow, R. J.; Lafferty, G. D.; Cenci, R.; Jawahery, A.; Roberts, D. A.; Cowan, R.; Robertson, S. H.; Seddon, R. M.; Neri, N.; Palombo, F.; Cremaldi, L.; Godang, R.; Summers, D. J.; Taras, P.; De Nardo, G.; Sciacca, C.; Raven, G.; Jessop, C. P.; Losecco, J. M.; Honscheid, K.; Kass, R.; Gaz, A.; Margoni, M.; Posocco, M.; Simi, G.; Simonetto, F.; Stroili, R.; Akar, S.; Ben-Haim, E.; Bomben, M.; Bonneaud, G. R.; Calderini, G.; Chauveau, J.; Marchiori, G.; Ocariz, J.; Biasini, M.; Manoni, E.; Rossi, A.; Batignani, G.; Bettarini, S.; Carpinelli, M.; Casarosa, G.; Chrzaszcz, M.; Forti, F.; Giorgi, M. A.; Lusiani, A.; Oberhof, B.; Paoloni, E.; Rama, M.; Rizzo, G.; Walsh, J. J.; Zani, L.; Smith, A. J. S.; Anulli, F.; Faccini, R.; Ferrarotto, F.; Ferroni, F.; Pilloni, A.; Piredda, G.; Bunger, C.; Dittrich, S.; Grunberg, O.; Hess, M.; Leddig, T.; Voss, C.; Waldi, R.; Adye, T.; Wilson, F. F.; Emery, S.; Vasseur, G.; Aston, D.; Cartaro, C.; Convery, M. R.; Dorfan, J.; Dunwoodie, W.; Ebert, M.; Field, R. C.; Fulsom, B. G.; Graham, M. T.; Hast, C.; Innes, W. R.; Kim, P.; Leith, D. W. G. S.; Luitz, S.; Macfarlane, D. B.; Muller, D. R.; Neal, H.; Ratcliff, B. N.; Roodman, A.; Sullivan, M. K.; Va'Vra, J.; Wisniewski, W. J.; Purohit, M. V.; Wilson, J. R.; Randle-Conde, A.; Sekula, S. J.; Ahmed, H.; Bellis, M.; Burchat, P. R.; Puccio, E. M. T.; Alam, M. S.; Ernst, J. A.; Gorodeisky, R.; Guttman, N.; Peimer, D. R.; Soffer, A.; Spanier, S. M.; Ritchie, J. L.; Schwitters, R. F.; Izen, J. M.; Lou, X. C.; Bianchi, F.; De Mori, F.; Filippi, A.; Gamba, D.; Lanceri, L.; Vitale, L.; Martinez-Vidal, F.; Oyanguren, A.; Albert, J.; Beaulieu, A.; Bernlochner, F. U.; King, G. J.; Kowalewski, R.; Lueck, T.; Nugent, I. M.; Roney, J. M.; Sobie, R. J.; Tasneem, N.; Gershon, T. J.; Harrison, P. F.; Latham, T. E.; Prepost, R.; S. L., Wu

doi:10.1103/PhysRevLett.125.181801

Many scenarios of physics beyond the standard model predict the existence of new gauge singlets, which might be substantially lighter than the weak scale. The experimental constraints on additional scalars with masses in the MeV to GeV range could be significantly weakened if they interact predominantly with leptons rather than quarks. At an e+e- collider, such a leptophilic scalar (φL) would be produced predominantly through radiation from a τ lepton. We report herein a search for e+e-→τ+τ-φL, φL→ℓ+ℓ- (ℓ=e, μ) using data collected by the BABAR experiment at SLAC. No significant signal is observed, and we set limits on the φL coupling to leptons in the range 0.04<7.0 GeV. These bounds significantly improve upon the current constraints, excluding almost entirely the parameter space favored by the observed discrepancy in the muon anomalous magnetic moment below 4 GeV at 90% confidence level.

Search for a Dark Leptophilic Scalar in e+e- Collisions

Lees J. P.;Poireau V.;Tisserand V.;Grauges E.;Palano A.;Eigen G.;Brown D. N.;Kolomensky Y. G.;Fritsch M.;Koch H.;Schroeder T.;Cheaib R.;Hearty C.;Mattison T. S.;McKenna J. A.;So R. Y.;Blinov V. E.;Buzykaev A. R.;Druzhinin V. P.;Golubev V. B.;Kozyrev E. A.;Kravchenko E. A.;Onuchin A. P.;Serednyakov S. I.;Skovpen Y. I.;Solodov E. P.;Todyshev K. Y.;Lankford A. J.;Dey B.;Gary J. W.;Long O.;Eisner A. M.;Lockman W. S.;Panduro Vazquez W.;Chao D. S.;Cheng C. H.;Echenard B.;Flood K. T.;Hitlin D. G.;Kim J.;Li Y.;Lin D. X.;Miyashita T. S.;Ongmongkolkul P.;Oyang J.;Porter F. C.;Rohrken M.;Huard Z.;Meadows B. T.;Pushpawela B. G.;Sokoloff M. D.;Sun L.;Smith J. G.;Wagner S. R.;Bernard D.;Verderi M.;Bettoni D.;Bozzi C.;Calabrese R.;Cibinetto G.;Fioravanti E.;Garzia I.;Luppi E.;Santoro V.;Calcaterra A.;De Sangro R.;Finocchiaro G.;Martellotti S.;Patteri P.;Peruzzi I. M.;Piccolo M.;Rotondo M.;Zallo A.;Passaggio S.;Patrignani C.;Shuve B. J.;Lacker H. M.;Bhuyan B.;Mallik U.;Chen C.;Cochran J.;Prell S.;Gritsan A. V.;Arnaud N.;Davier M.;Le Diberder F.;Lutz A. M.;Wormser G.;Lange D. J.;Wright D. M.;Coleman J. P.;Gabathuler E.;Hutchcroft D. E.;Payne D. J.;Touramanis C.;Bevan A. J.;Di Lodovico F.;Sacco R.;Cowan G.;Banerjee S.;Brown D. N.;Davis C. L.;Denig A. G.;Gradl W.;Griessinger K.;Hafner A.;Schubert K. R.;Barlow R. J.;Lafferty G. D.;Cenci R.;Jawahery A.;Roberts D. A.;Cowan R.;Robertson S. H.;Seddon R. M.;Neri N.;Palombo F.;Cremaldi L.;Godang R.;Summers D. J.;Taras P.;De Nardo G.;Sciacca C.;Raven G.;Jessop C. P.;Losecco J. M.;Honscheid K.;Kass R.;Gaz A.;Margoni M.;Posocco M.;Simi G.;Simonetto F.;Stroili R.;Akar S.;Ben-Haim E.;Bomben M.;Bonneaud G. R.;Calderini G.;Chauveau J.;Marchiori G.;Ocariz J.;Biasini M.;Manoni E.;Rossi A.;Batignani G.;Bettarini S.;Carpinelli M.;Casarosa G.;Chrzaszcz M.;Forti F.;Giorgi M. A.;Lusiani A.^Supervision;Oberhof B.;Paoloni E.;Rama M.;Rizzo G.;Walsh J. J.;Zani L.;Smith A. J. S.;Anulli F.;Faccini R.;Ferrarotto F.;Ferroni F.;Pilloni A.;Piredda G.;Bunger C.;Dittrich S.;Grunberg O.;Hess M.;Leddig T.;Voss C.;Waldi R.;Adye T.;Wilson F. F.;Emery S.;Vasseur G.;Aston D.;Cartaro C.;Convery M. R.;Dorfan J.;Dunwoodie W.;Ebert M.;Field R. C.;Fulsom B. G.;Graham M. T.;Hast C.;Innes W. R.;Kim P.;Leith D. W. G. S.;Luitz S.;Macfarlane D. B.;Muller D. R.;Neal H.;Ratcliff B. N.;Roodman A.;Sullivan M. K.;Va'Vra J.;Wisniewski W. J.;Purohit M. V.;Wilson J. R.;Randle-Conde A.;Sekula S. J.;Ahmed H.;Bellis M.;Burchat P. R.;Puccio E. M. T.;Alam M. S.;Ernst J. A.;Gorodeisky R.;Guttman N.;Peimer D. R.;Soffer A.;Spanier S. M.;Ritchie J. L.;Schwitters R. F.;Izen J. M.;Lou X. C.;Bianchi F.;De Mori F.;Filippi A.;Gamba D.;Lanceri L.;Vitale L.;Martinez-Vidal F.;Oyanguren A.;Albert J.;Beaulieu A.;Bernlochner F. U.;King G. J.;Kowalewski R.;Lueck T.;Nugent I. M.;Roney J. M.;Sobie R. J.;Tasneem N.;Gershon T. J.;Harrison P. F.;Latham T. E.;Prepost R.;Wu S. L.

2020

Abstract

Many scenarios of physics beyond the standard model predict the existence of new gauge singlets, which might be substantially lighter than the weak scale. The experimental constraints on additional scalars with masses in the MeV to GeV range could be significantly weakened if they interact predominantly with leptons rather than quarks. At an e+e- collider, such a leptophilic scalar (φL) would be produced predominantly through radiation from a τ lepton. We report herein a search for e+e-→τ+τ-φL, φL→ℓ+ℓ- (ℓ=e, μ) using data collected by the BABAR experiment at SLAC. No significant signal is observed, and we set limits on the φL coupling to leptons in the range 0.04<7.0 GeV. These bounds significantly improve upon the current constraints, excluding almost entirely the parameter space favored by the observed discrepancy in the muon anomalous magnetic moment below 4 GeV at 90% confidence level.

Scheda breve

Scheda completa

Scheda completa (DC)

	Anno di pubblicazione
	
				2020
			
	Settore Scientifico Disciplinare (validi fino a 24/06/2024)
	
				Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
			
	Titolo Rivista
	
				PHYSICAL REVIEW LETTERS
			
	DOI
	
				https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.181801
			
	Appare nelle tipologie:
	
				1.1 Articolo in rivista

File in questo prodotto:

File	Dimensione	Formato
PhysRevLett.125.181801.pdf accesso aperto Descrizione: pubblicazione nel sito dell'editore Tipologia: Published version Licenza: Creative Commons Dimensione 1.69 MB Formato Adobe PDF	1.69 MB	Adobe PDF