Search for lepton flavor-violating decay modes $B^0 \to K^{\ast 0}τ^\pm\ell^\mp$ ($\ell = e,μ$) with hadronic B-tagging at Belle and Belle II
Belle, Belle II Collaborations, :, I. Adachi, Y. Ahn, H. Aihara, N. Akopov, S. Alghamdi, M. Alhakami, A. Aloisio, K. Amos, M. Angelsmark, N. Anh Ky, C. Antonioli, D. M. Asner, H. Atmacan, V. Aushev, M. Aversano, R. Ayad, V. Babu, H. Bae, N. K. Baghel, S. Bahinipati, P. Bambade, Sw. Banerjee, S. Bansal, M. Barrett, J. Baudot, A. Baur, A. Beaubien, F. Becherer, J. Becker, J. V. Bennett, F. U. Bernlochner, V. Bertacchi, M. Bertemes, E. Bertholet, M. Bessner, S. Bettarini, B. Bhuyan, F. Bianchi, T. Bilka, D. Biswas, A. Bobrov, D. Bodrov, J. Borah, A. Boschetti, A. Bozek, M. Bračko, P. Branchini, R. A. Briere, T. E. Browder, A. Budano, S. Bussino, M. Campajola, L. Cao, G. Casarosa, C. Cecchi, M. -C. Chang, P. Cheema, B. G. Cheon, K. Chilikin, J. Chin, H. -E. Cho, K. Cho, S. -J. Cho, S. -K. Choi, S. Choudhury, I. Consigny, L. Corona, J. X. Cui, E. De La Cruz-Burelo, S. A. De La Motte, G. de Marino, G. De Pietro, R. de Sangro, M. Destefanis, A. Di Canto, J. Dingfelder, Z. Doležal, I. Domínguez Jiménez, T. V. Dong, X. Dong, M. Dorigo, G. Dujany, P. Ecker, D. Epifanov, R. Farkas, P. Feichtinger, T. Ferber, T. Fillinger, C. Finck, G. Finocchiaro, F. Forti, A. Frey, B. G. Fulsom, A. Gale, E. Ganiev, M. Garcia-Hernandez, R. Garg, G. Gaudino, V. Gaur, V. Gautam, A. Gaz, A. Gellrich, D. Ghosh, H. Ghumaryan, G. Giakoustidis, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, B. Gobbo, R. Godang, O. Gogota, P. Goldenzweig, W. Gradl, E. Graziani, D. Greenwald, K. Gudkova, I. Haide, H. Hayashii, S. Hazra, C. Hearty, M. T. Hedges, A. Heidelbach, G. Heine, I. Heredia de la Cruz, M. Hernández Villanueva, T. Higuchi, M. Hoek, M. Hohmann, P. Horak, C. -L. Hsu, T. Humair, T. Iijima, K. Inami, G. Inguglia, N. Ipsita, A. Ishikawa, R. Itoh, M. Iwasaki, P. Jackson, D. Jacobi, W. W. Jacobs, E. -J. Jang, Q. P. Ji, S. Jia, Y. Jin, A. Johnson, M. Kaleta, J. Kandra, K. H. Kang, G. Karyan, F. Keil, C. Ketter, M. Khan, C. Kiesling, D. Y. Kim, J. -Y. Kim, K. -H. Kim, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, K. Kojima, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, R. Kowalewski, P. Križan, P. Krokovny, D. Kumar, R. Kumar, K. Kumara, T. Kunigo, A. Kuzmin, Y. -J. Kwon, K. Lalwani, T. Lam, T. S. Lau, M. Laurenza, R. Leboucher, F. R. Le Diberder, M. J. Lee, C. Lemettais, P. Leo, P. M. Lewis, C. Li, H. -J. Li, L. K. Li, W. Z. Li, Y. Li, Y. B. Li, Y. P. Liao, J. Libby, J. Lin, S. Lin, V. Lisovskyi, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Y. Liu, Z. Liu, D. Liventsev, S. Longo, T. Lueck, C. Lyu, C. Madaan, M. Maggiora, S. P. Maharana, R. Maiti, G. Mancinelli, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, S. Marcello, C. Marinas, C. Martellini, A. Martens, T. Martinov, L. Massaccesi, M. Masuda, K. Matsuoka, D. Matvienko, M. Maushart, J. A. McKenna, Z. Mediankin Gruberová, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, S. Mitra, K. Miyabayashi, R. Mizuk, G. B. Mohanty, S. Moneta, H. -G. Moser, R. Mussa, I. Nakamura, M. Nakao, Y. Nakazawa, M. Naruki, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, M. Neu, S. Nishida, R. Okubo, H. Ono, G. Pakhlova, S. Pardi, K. Parham, H. Park, J. Park, S. -H. Park, A. Passeri, S. Patra, S. Paul, R. Pestotnik, L. E. Piilonen, T. Podobnik, A. Prakash, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, I. Prudiiev, H. Purwar, P. Rados, G. Raeuber, S. Raiz, V. Raj, K. Ravindran, J. U. Rehman, M. Reif, S. Reiter, M. Remnev, L. Reuter, D. Ricalde Herrmann, I. Ripp-Baudot, G. Rizzo, S. H. Robertson, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, S. Sandilya, L. Santelj, C. Santos, V. Savinov, B. Scavino, C. Schmitt, J. Schmitz, S. Schneider, G. Schnell, M. Schnepf, K. Schoenning, C. Schwanda, Y. Seino, A. Selce, K. Senyo, J. Serrano, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, X. D. Shi, T. Shillington, J. -G. Shiu, D. Shtol, B. Shwartz, A. Sibidanov, F. Simon, J. Skorupa, R. J. Sobie, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, E. Solovieva, S. Spataro, B. Spruck, M. Starič, P. Stavroulakis, S. Stefkova, R. Stroili, Y. Sue, M. Sumihama, H. Svidras, M. Takizawa, K. Tanida, F. Tenchini, F. Testa, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, F. F. Trantou, I. Tsaklidis, M. Uchida, I. Ueda, T. Uglov, K. Unger, Y. Unno, K. Uno, S. Uno, P. Urquijo, Y. Ushiroda, R. van Tonder, K. E. Varvell, M. Veronesi, A. Vinokurova, V. S. Vismaya, L. Vitale, V. Vobbilisetti, R. Volpe, A. Vossen, S. Wallner, M. -Z. Wang, A. Warburton, M. Watanabe, S. Watanuki, C. Wessel, B. D. Yabsley, S. Yamada, W. Yan, S. B. Yang, K. Yi, J. H. Yin, K. Yoshihara, J. Yuan, Y. Yusa, L. Zani, M. Zeyrek, B. Zhang, V. Zhilich, J. S. Zhou, Q. D. Zhou, L. Zhu, R. Žlebčík
TL;DR
The paper addresses charged-lepton-flavor-violating decays in the $B^0$ system, specifically $B^0 \rightarrow K^{*0}\tau\ell$ with $\ell\in\{e,\mu\}$. It uses a hadronic tagging strategy and a simultaneous unbinned maximum-likelihood fit to recoil mass $M_\tau$ in Belle and Belle II data, modeling the signal with a Johnson function and backgrounds with a polynomial. No signal is found, and 90% CL upper limits are set for four decay modes, providing the most stringent electron-mode constraints to date at a $B$-factory and contributing to LFV/BSM constraint space; the analysis also explores limits under left-handed and scalar Wilson-coefficient scenarios. The results advance experimental LFV searches in the $b$-quark sector and help tighten constraints on new physics explanations of LFU/LFV anomalies, with data and methods shared via HEPData.
Abstract
We present the results of a search for the charged-lepton-flavor violating decays $B^0 \rightarrow K^{*0}τ^\pm \ell^{\mp}$, where $\ell^{\mp}$ is either an electron or a muon. The results are based on 365 fb$^{-1}$ and 711 fb$^{-1}$ datasets collected with the Belle II and Belle detectors, respectively. We use an exclusive hadronic $B$-tagging technique, and search for a signal decay in the system recoiling against a fully reconstructed $B$ meson. We find no evidence for $B^0 \rightarrow K^{*0}τ^\pm \ell^{\mp}$ decays and set upper limits on the branching fractions in the range of $(2.9-6.4)\times10^{-5}$ at 90% confidence level.
