Skip to search
Skip to main content
Back to Search
Start Over
Measurement of the $B^0_s\to\mu^+\mu^-$ decay properties and search for the $B^0\to\mu^+\mu^-$ and $B^0_s\to\mu^+\mu^-\gamma$ decays
Authors :
LHCb collaboration Aaij, R. Beteta, C. Abellán Ackernley, T. Adeva, B. Adinolfi, M. Afsharnia, H. Aidala, C. A. Aiola, S. Ajaltouni, Z. Akar, S. Albrecht, J. Alessio, F. Alexander, M. Albero, A. Alfonso 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. Rodriguez, P. Baladron 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. Bjørn, M. Blago, M. P. Blake, T. Blanc, F. Blusk, S. Bobulska, D. Boelhauve, J. A. Garcia, O. Boente 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. Rodriguez, A. Brea 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. Calero Cali, S. Calladine, R. Calvi, M. Gomez, M. Calvo 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 Vidal, A. Casais 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. Vidal, X. Cid 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. Crkovská, J. Torres, M. Cruz Currie, R. Da Silva, C. L. Dadabaev, S. 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 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. Maronas, L. Dieste Dijkstra, H. Dobishuk, V. Donohoe, A. M. Dordei, F. Reis, A. C. dos 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. Prieto, A. Fernandez Fernez, A. D. Ferrari, F. Lopes, L. Ferreira Rodrigues, F. Ferreira 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. Torreira, A. Gallas Galli, D. Gambetta, S. Gan, Y. Gandelman, M. Gandini, P. Gao, Y. Garau, M. Martin, L. M. Garcia Moreno, P. Garcia Pardiñas, J. García Plana, B. Garcia 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. Gioventù, A. Gironell, P. Gironella Giubega, L. Giugliano, C. Gizdov, K. Gkougkousis, E. L. Gligorov, V. V. Göbel, C. Golobardes, E. Golubkov, D. Golutvin, A. Gomes, A. Fernandez, S. Gomez 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 Graugés, E. Graverini, E. Graziani, G. Grecu, A. Greeven, L. M. Griffith, P. Grillo, L. Gromov, S. Cazon, B. R. Gruberg 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, 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. Gac, R. Le 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, Z. Liang, X. Lin, T. Lindner, R. Lisovskyi, V. Litvinov, R. Liu, G. Liu, H. Liu, S. Loi, A. Castro, J. Lomba 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. Santos, D. Martinez Vidal, F. Martinez 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. 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. 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. Goicochea, J. M. Otalora 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. K, Resmi P. 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. Qi, H. Qian, W. Qin, J. Qin, N. 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. Lopez, J. A. Rodriguez Rollings, A. Roloff, P. Romanovskiy, V. Lamas, M. Romero Vidal, A. Romero Roth, J. D. Rotondo, M. Rudolph, M. S. Ruf, T. Vidal, J. Ruiz Ryzhikov, A. Ryzka, J. Silva, J. J. Saborido Sagidova, N. Sahoo, N. Saitta, B. Salomoni, M. Gras, C. Sanchez Santacesaria, R. Rios, C. Santamarina 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. Scantlebury 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. 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. De Almeida, F. L. Souza De Paula, B. Souza Spaan, B. Norella, E. Spadaro 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. 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. Gomez, R. Vazquez Regueiro, P. Vazquez Sierra, C. Vázquez 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 Villa, A. Vincent, P. Bruch, D. Vom Vorobyev, A. Vorobyev, V. Voropaev, N. Vos, K. Waldi, R. Walsh, J. Wang, C. Wang, J. Wang, M. Wang, R. Wang, Y. 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. Yang, D. Yang, S. Yang, Y. 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. 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.
Source :
Phys. Rev. D105 (2022) 012010
Publication Year :
2021
Abstract
An improved measurement of the decay $B^0_s\to\mu^+\mu^-$ and searches for the decays $B^0\to\mu^+\mu^-$ and $B^0_s\to\mu^+\mu^-\gamma$ are performed at the LHCb experiment using data collected in proton-proton collisions at $\sqrt{s} = 7,~8$ and $13$ TeV, corresponding to integrated luminosities of 1, 2 and 6 fb$^{-1}$, respectively. The $B^0_s\to\mu^+\mu^-$ branching fraction and effective lifetime are measured to be ${\mathcal{B}}(B^0_s\to\mu^+\mu^-)=\left(3.09^{+0.46+0.15}_{-0.43-0.11}\right)\times 10^{-9}$ and $\tau(B^0_s\to\mu^+\mu^-)=(2.07\pm 0.29\pm 0.03)$ ps, respectively, where the uncertainties include both statistical and systematic contributions. No significant signal for $B^0\to\mu^+\mu^-$ and $B^0_s\to\mu^+\mu^-\gamma$ decays is found and the upper limits $\mathcal{B}(B^0\to\mu^+\mu^-)<2.6\times 10^{-10}$ and $\mathcal{B}(B^0_s\to\mu^+\mu^-\gamma)<2.0\times 10^{-9}$ at 95% confidence level are determined, where the latter is limited to the range $m_{\mu\mu} > 4.9$ GeV$/c^2$. Additionally, the ratio between the $B^0\to\mu^+\mu^-$ and $B^0_s\to\mu^+\mu^-$ branching fractions is measured to be $\mathcal{R}_{\mu^+\mu^-}<0.095$ at 95% confidence level. The results are in agreement with the Standard Model predictions.<br />Comment: All figures and tables, along with machine-readable versions and any supplementary material and additional information, are available at https://cern.ch/lhcbproject/Publications/p/LHCb-PAPER-2021-008.html. V3 contains the version published in Phys. Rev. D