Test of lepton universality in beauty-quark decays

Aaij, R.; Beteta, C. Abellan; 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.; Cartelle, P. Alvarez; 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.; Leite, J. Baptista; 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.; Bjorn, 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.; Gonzalo, A. Brossa; 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.; Diaz, L. Caler; Cali, S.; Calladine, R.; Calvi, M.; Calvo Gomez, M.; Magalhaes, P. Camargo; Camboni, A.; Campana, P.; Quezada, A. F. Campoverde; Capelli, S.; Capriotti, L.; Carbone, A.; Carboni, G.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carli, I; Carniti, P.; Carus, L.; Akiba, K. Carvalho; 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.; Barajas, C. A. Chavez; 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.; Sobral, C. M. Costa; Couturier, B.; Craik, D. C.; Crkovska, J.; Torres, M. Cruz; Currie, R.; Da Silva, C. L.; Dall'Occo, E.; Dalseno, J.; D'Ambrosio, C.; Danilina, A.; D'Argent, P.; Davis, A.; Francisco, O. De Aguiar; 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.; Feo, M.; Fernandez Prieto, A.; Fernandez-Tenllado Arribas, J. M.; Fernez, A. D.; Ferrari, F.; Lopes, L. Ferreir; Rodrigues, F. Ferreir; Sole, S. Ferreres; 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.; Lima, V. Franco; Sevilla, M. Franco; 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.; Martin, L. M. Garcia; Garcia Moreno, P.; Pardinas, J. Garcia; Garcia Plana, B.; Rosales, F. A. Garcia; 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.; Gioventu, A.; Gironella Gironell, P.; Giubega, L.; Giugliano, C.; Gizdov, K.; Gkougkousis, E. L.; Gligorov, V. V.; Gobel, C.; Golobardes, E.; Golubkov, D.; Golutvin, A.; Gomes, A.; Gomez Fernandez, S.; Abrantes, F. Goncalves; Goncerz, M.; Gong, G.; Gorbounov, P.; Gorelov, I.; V,; Gotti, C.; Govorkova, E.; Grabowski, J. P.; Grammatico, T.; Cardoso, L. A. Granado; Grauges, E.; Graverini, E.; Graziani, G.; Grecu, A.; Greeven, L. M.; Griffith, P.; Grillo, L.; Gromov, S.; Cazon, B. R. Gruber; Gu, C.; Guarise, M.; Gunther, 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.; Lefevre, 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.; Martinez, M. Lucio; 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.; Mohan, L. R. Madhan; 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.; Benito, C. Marin; 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.; Garcia, L. Meyer; Mikhasenko, M.; Milanes, D. A.; Millard, E.; Milovanovic, M.; Minard, M-N; Minotti, A.; Minzoni, L.; Mitchell, S. E.; Mitreska, B.; Mitzel, D. S.; Modden, A.; Mohammed, R. A.; Moise, R. D.; Mombacher, 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.; Muller, D.; Muller, 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.; Goicochea, J. M. Otalor; 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.; Altarelli, M. Pepe; 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.; Casasus, M. Plo; Polci, F.; Lener, M. Poli; 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,; Trejo, R. I. Rabadan; Rachwal, B.; Rademacker, J. H.; Rama, M.; Pernas, M. Ramos; Rangel, M. S.; Ratnikov, F.; Raven, G.; Reboud, M.; Redi, F.; Reiss, F.; Alepuz, C. Remon; 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; Romer Lamas, M.; Romer 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.; Gras, C. Sanchez; 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.; Smead, L. G. Scantlebur; 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.; Soares, M. Senghi; 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.; Coutinho, R. Silva; 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.; Lavra, L. Soares; Sokoloff, M. D.; Soler, F. J. P.; Solovev, A.; Solovyev, I; Souza De Almeida, F. L.; De Paula, B. Souza; Spaan, B.; Norella, E. Spadar; 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.; Machado, D. Torres; 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.; Canudas, N. Valls; Van Beuzekom, M.; Van Dijk, M.; Van Herwijnen, E.; Van Hulse, C. B.; Van Veghel, M.; Vazquez Gomez, R.; Vazquez Regueiro, P.; Sierra, C. Vazquez; Vecchi, S.; Velthuis, J. J.; Veltri, M.; Venkateswaran, A.; Veronesi, M.; Vesterinen, M.; Vieira, D.; Diaz, M. Vieites; Viemann, H.; Vilasis-Cardona, X.; Figueras, E. Vilella; 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.

doi:10.1038/s41567-021-01478-8

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 uni- versality would imply physics beyond the standard model, such as a new fundamental interaction between quarks and leptons.