Search for Production of Invisible Final States in Single-Photon Decays of Υ(1S)

del Amo Sanchez, P.; Lees, J.; Poireau, V.; Prencipe, E.; Tisserand, V.; Garra Tico, J.; Grauges, E.; Martinelli, M.; Milanes, D.; Palano, A.; Pappagallo, M.; Eigen, G.; Stugu, B.; Sun, L.; Brown, D.; Chistiakova, M.; Jensen, F.; Kerth, L.; Kolomensky, Y. u.; Lynch, G.; Osipenkov, I.; Koch, H.; Schroeder, T.; Asgeirsson, D.; Hearty, C.; Mattison, T.; Mckenna, J.; Khan, A.; Randle Conde, A.; Blinov, V.; Buzykaev, A.; Druzhinin, V.; Golubev, V.; Kravchenko, E.; Onuchin, A.; Serednyakov, S.; Skovpen, Y. u.; Solodov, E.; Todyshev, K.; Yushkov, A.; Bondioli, M.; Curry, S.; Kirkby, D.; Lankford, A.; Mandelkern, M.; Martin, E.; Stoker, D.; Atmacan, H.; Gary, J.; Liu, F.; Long, O.; Vitug, G.; Campagnari, C.; Hong, T.; Kovalskyi, D.; Richman, J.; West, C.; Eisner, A.; Heusch, C.; Kroseberg, J.; Lockman, W.; Martinez, A.; Schalk, T.; Schumm, B.; Seiden, A.; Winstrom, L.; Cheng, C.; Doll, D.; Echenard, B.; Hitlin, D.; Ongmongkolkul, P.; Porter, F.; Rakitin, A.; Andreassen, R.; Dubrovin, M.; Mancinelli, G.; Meadows, B.; Sokoloff, M.; Bloom, P.; Ford, W.; Gaz, A.; Nagel, M.; Nauenberg, U.; Smith, J.; Wagner, S.; Ayad, R.; Toki, W.; Jasper, H.; Karbach, T.; Petzold, A.; Spaan, B.; Kobel, M.; Schubert, K.; Schwierz, R.; Bernard, D.; Verderi, M.; Clark, P.; Playfer, S.; Watson, J.; Andreotti, M.; Bettoni, D.; Bozzi, C.; Calabrese, R.; Cecchi, A.; Cibinetto, G.; Fioravanti, E.; Franchini, P.; Garzia, I.; Luppi, E.; Munerato, M.; Negrini, M.; Petrella, A.; Piemontese, L.; Baldini Ferroli, R.; Calcaterra, A.; de Sangro, R.; Finocchiaro, G.; Nicolaci, M.; Pacetti, S.; Patteri, P.; Peruzzi, I.; Piccolo, M.; Rama, M.; Zallo, A.; Contri, R.; Guido, E.; Lo Vetere, M.; Monge, M.; Passaggio, S.; Patrignani, C.; Robutti, E.; Tosi, S.; Bhuyan, B.; Prasad, V.; Lee, C.; Morii, M.; Adametz, A.; Marks, J.; Uwer, U.; Bernlochner, F.; Ebert, M.; Lacker, H.; Lueck, T.; Volk, A.; Dauncey, P.; Tibbetts, M.; Behera, P.; Mallik, U.; Chen, C.; Cochran, J.; Crawley, H.; Dong, L.; Meyer, W.; Prell, S.; Rosenberg, E.; Rubin, A.; Gritsan, A.; Guo, Z.; Arnaud, N.; Davier, M.; Derkach, D.; Firmino da Costa, J.; Grosdidier, G.; Le Diberder, F.; Lutz, A.; Malaescu, B.; Perez, A.; Roudeau, P.; Schune, M.; Serrano, J.; Sordini, V.; Stocchi, A.; Wang, L.; Wormser, G.; Lange, D.; Wright, D.; Bingham, I.; Chavez, C.; Coleman, J.; Fry, J.; Gabathuler, E.; Gamet, R.; Hutchcroft, D.; Payne, D.; Touramanis, C.; Bevan, A.; Di Lodovico, F.; Sacco, R.; Sigamani, M.; Cowan, G.; Paramesvaran, S.; Wren, A.; Brown, D.; Davis, C.; Denig, A.; Fritsch, M.; Gradl, W.; Hafner, A.; Alwyn, K.; Bailey, D.; Barlow, R.; Jackson, G.; Lafferty, G.; Anderson, J.; Cenci, R.; Jawahery, A.; Roberts, D.; Simi, G.; Tuggle, J.; Dallapiccola, C.; Salvati, E.; Cowan, R.; Dujmic, D.; Sciolla, G.; Zhao, M.; Lindemann, D.; Patel, P.; Robertson, S.; Schram, M.; Biassoni, P.; Lazzaro, A.; Lombardo, V.; Palombo, F.; Stracka, S.; Cremaldi, L.; Godang, R.; Kroeger, R.; Sonnek, P.; Summers, D.; Nguyen, X.; Simard, M.; Taras, P.; De Nardo, G.; Monorchio, D.; Onorato, G.; Sciacca, C.; Raven, G.; Snoek, H.; Jessop, C.; Knoepfel, K.; Losecco, J.; Wang, W.; Corwin, L.; Honscheid, K.; Kass, R.; Morris, J.; Blount, N.; Brau, J.; Frey, R.; Igonkina, O.; Kolb, J.; Rahmat, R.; Sinev, N.; Strom, D.; Strube, J.; Torrence, E.; Castelli, G.; Feltresi, E.; Gagliardi, N.; Margoni, M.; Morandin, M.; Posocco, M.; Rotondo, M.; Simonetto, F.; Stroili, R.; Ben Haim, E.; Bonneaud, G.; Briand, H.; Calderini, G.; Chauveau, J.; Hamon, O.; Leruste, P. h.; Marchiori, G.; Ocariz, J.; Prendki, J.; Sitt, S.; Biasini, M.; Manoni, E.; Rossi, A.; Angelini, C.; Batignani, G.; Bettarini, S.; Carpinelli, M.; Casarosa, G.; Cervelli, A.; Forti, F.; Giorgi, M.; Lusiani, A.; Neri, N.; Paoloni, E.; Rizzo, G.; Walsh, J.; Lopes Pegna, D.; Lu, C.; Olsen, J.; Smith, A.; Telnov, A.; Anulli, F.; Baracchini, E.; Cavoto, G.; Faccini, R.; Ferrarotto, F.; Ferroni, F.; Gaspero, M.; Li Gioi, L.; Mazzoni, M.; Piredda, G.; Renga, F.; Hartmann, T.; Leddig, T.; Schröder, H.; Waldi, R.; Adye, T.; Franek, B.; Olaiya, E.; Wilson, F.; Emery, S.; Hamel de Monchenault, G.; Vasseur, G.; Yèche, C. h.; Zito, M.; Allen, M.; Aston, D.; Bard, D.; Bartoldus, R.; Benitez, J.; Cartaro, C.; Convery, M.; Dorfan, J.; Dubois Felsmann, G.; Dunwoodie, W.; Field, R.; Franco Sevilla, M.; Fulsom, B.; Gabareen, A.; Graham, M.; Grenier, P.; Hast, C.; Innes, W.; Kelsey, M.; Kim, H.; Kim, P.; Kocian, M.; Leith, D.; Li, S.; Lindquist, B.; Luitz, S.; Luth, V.; Lynch, H.; Macfarlane, D.; Marsiske, H.; Muller, D.; Neal, H.; Nelson, S.; O’Grady, C.; Ofte, I.; Perl, M.; Pulliam, T.; Ratcliff, B.; Roodman, A.; Salnikov, A.; Santoro, V.; Schindler, R.; Schwiening, J.; Snyder, A.; Su, D.; Sullivan, M.; Sun, S.; Suzuki, K.; Thompson, J.; Va’Vra, J.; Wagner, A.; Weaver, M.; Wisniewski, W.; Wittgen, M.; Wright, D.; Wulsin, H.; Yarritu, A.; Young, C.; Ziegler, V.; Chen, X.; Park, W.; Purohit, M.; White, R.; Wilson, J.; Sekula, S.; Bellis, M.; Burchat, P.; Edwards, A.; Miyashita, T.; Ahmed, S.; Alam, M.; Ernst, J.; Pan, B.; Saeed, M.; Zain, S.; Guttman, N.; Soffer, A.; Lund, P.; Spanier, S.; Eckmann, R.; Ritchie, J.; Ruland, A.; Schilling, C.; Schwitters, R.; Wray, B.; Izen, J.; Lou, X.; Bianchi, F.; Gamba, D.; Pelliccioni, M.; Bomben, M.; Lanceri, Livio; Vitale, Lorenzo; Lopez March, N.; Martinez Vidal, F.; Oyanguren, A.; Albert, J.; Banerjee, S. w.; Choi, H.; Hamano, K.; King, G.; Kowalewski, R.; Lewczuk, M.; Lindsay, C.; Nugent, I.; Roney, J.; Sobie, R.; Gershon, T.; Harrison, P.; Latham, T.; Puccio, E.; Band, H.; Dasu, S.; Flood, K.; Pan, Y.; Prepost, R.; Vuosalo, C.; Wu, S.

doi:10.1103/PhysRevLett.107.021804

We search for single-photon decays of the Υ(1S) resonance, Υ→γ+invisible, where the invisible state is either a particle of definite mass, such as a light Higgs boson A0, or a pair of dark matter particles, χχ̅ . Both A0 and χ are assumed to have zero spin. We tag Υ(1S) decays with a dipion transition Υ(2S)→π+π-Υ(1S) and look for events with a single energetic photon and significant missing energy. We find no evidence for such processes in the mass range mA0≤9.2 GeV and mχ≤4.5 GeV in the sample of 98×106 Υ(2S) decays collected with the BABAR detector and set stringent limits on new physics models that contain light dark matter states.