Search for a Dark Photon and an Invisible Dark Higgs Boson in μ+μ− and Missing Energy Final States with the Belle II Experiment

Abudinén, F.; Adachi, I.; Aggarwal, L.; Aihara, H.; Akopov, N.; Aloisio, A.; Anh Ky, N.; Asner, D.  M.; Atmacan, H.; Aushev, T.; Aushev, V.; Babu, V.; Bahinipati, S.; Bambade, P.; Banerjee, Sw.; Bansal, S.; Baudot, J.; Baur, A.; Beaubien, A.; Becker, J.; Behera, P.  K.; Bennett, J.  V.; Bernieri, E.; Bernlochner, F.  U.; Bertemes, M.; Bertholet, E.; Bessner, M.; Bhuyan, B.; Bianchi, F.; Bilka, T.; Biswas, D.; Bobrov, A.; Bodrov, D.; Bolz, A.; Bozek, A.; Bračko, M.; Branchini, P.; Browder, T.  E.; Budano, A.; Bussino, S.; Campajola, M.; Casarosa, G.; Cecchi, C.; Chekelian, V.; Chen, C.; Chen, Y.  Q.; Cheon, B.  G.; Chilikin, K.; Chirapatpimol, K.; Cho, H. -E.; Cho, K.; Cho, S. -J.; Choi, S. -K.; Choudhury, S.; Cinabro, D.; Corona, L.; Cunliffe, S.; Dattola, F.; de Marino, G.; De Nardo, G.; De Nuccio, M.; De Pietro, G.; de Sangro, R.; Destefanis, M.; Dey, S.; De Yta-Hernandez, A.; Dhamija, R.; Di Canto, A.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Doležal, Z.; Domínguez Jiménez, I.; Dong, T.  V.; Dorigo, M.; Dort, K.; Dossett, D.; Dreyer, S.; Dubey, S.; Dujany, G.; Eliachevitch, M.; Epifanov, D.; Feichtinger, P.; Ferber, T.; Ferlewicz, D.; Fillinger, T.; Finck, C.; Finocchiaro, G.; Flood, K.; Fodor, A.; Forti, F.; Frey, A.; Fulsom, B.  G.; Ganiev, E.; Garcia-Hernandez, M.; Gaur, V.; Gaz, A.; Gellrich, A.; Giordano, R.; Giri, A.; Gobbo, B.; Godang, R.; Goldenzweig, P.; Gradl, W.; Granderath, S.; Graziani, E.; Greenwald, D.; Gu, T.; Gudkova, K.; Guilliams, J.; Hadjivasiliou, C.; Hara, K.; Hara, T.; Hayasaka, K.; Hayashii, H.; Hazra, S.; Hearty, C.; Hedges, M.  T.; Heredia de la Cruz, I.; Hernández Villanueva, M.; Hershenhorn, A.; Higuchi, T.; Hill, E.  C.; Hoek, M.; Hohmann, M.; Hsu, C. -L.; Iijima, T.; Inami, K.; Inguglia, G.; Ipsita, N.; Ishikawa, A.; Ito, S.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jackson, P.; Jacobs, W.  W.; Jaffe, D.  E.; Jang, E. -J.; Q.  P., Ji; Jia, S.; Jin, Y.; Junkerkalefeld, H.; Kakuno, H.; Kaliyar, A.  B.; Kandra, J.; Kang, K.  H.; Karl, R.; Karyan, G.; Kawasaki, T.; Ketter, C.; Kichimi, H.; Kiesling, C.; Kim, C. -H.; Kim, D.  Y.; Kim, K. -H.; Kim, Y. -K.; Kinoshita, K.; Kodyš, P.; Koga, T.; Kohani, S.; Kojima, K.; Konno, T.; Korobov, A.; Korpar, S.; Kovalenko, E.; Kowalewski, R.; Kraetzschmar, T.  M.  G.; Križan, P.; Krokovny, P.; Kuhr, T.; Kumar, R.; Kumara, K.; Kunigo, T.; Kwon, Y. -J.; Lacaprara, S.; Lai, Y. -T.; Lam, T.; Lange, J.  S.; Laurenza, M.; Leboucher, R.; Lee, S.  C.; L.  K., Li; Y.  B., Li; Libby, J.; Lieret, K.; Liu, Q.  Y.; Liventsev, D.; Longo, S.; Lozar, A.; Lueck, T.; Lyu, C.; Maggiora, M.; Maiti, R.; Maity, S.; Manfredi, R.; Manoni, E.; Marcello, S.; Marinas, C.; Martel, L.; Martini, A.; Massaccesi, L.; Masuda, M.; Matsuoka, K.; Mckenna, J.  A.; Meier, F.; Merola, M.; Metzner, F.; Milesi, M.; Miller, C.; Miyabayashi, K.; Mohanty, G.  B.; Molina-Gonzalez, N.; Moneta, S.; Moon, H.; Mrvar, M.; Nakamura, I.; Nakamura, K.  R.; Nakao, M.; Nakayama, H.; Narimani Charan, A.; Naruki, M.; Natkaniec, Z.; Natochii, A.; Nayak, L.; Nayak, M.; Nisar, N.  K.; Nishida, S.; Nishimura, K.; Ogawa, S.; Ono, H.; Oskin, P.; Pakhlova, G.; Paladino, A.; Panta, A.; Pardi, S.; Parham, K.; Park, H.; Park, S. -H.; Passeri, A.; Patra, S.; Paul, S.; Pedlar, T.  K.; Piccolo, M.; Piilonen, L.  E.; Pinna Angioni, G.; Podesta-Lerma, P.  L.  M.; Podobnik, T.; Pokharel, S.; Polat, L.; Praz, C.; Prell, S.; Prencipe, E.; Prim, M.  T.; Purwar, H.; Rad, N.; Rados, P.; Raiz, S.; Ramirez Morales, A.; Reif, M.; Reiter, S.; Remnev, M.; Ripp-Baudot, I.; Rizzo, G.; Robertson, S.  H.; Rodríguez Pérez, D.; Roney, J.  M.; Rostomyan, A.; Rout, N.; Sahoo, D.; Sanders, D.  A.; Sandilya, S.; Santelj, L.; Sato, Y.; Scavino, B.; Schueler, J.; Schwanda, C.; Seino, Y.; Selce, A.; Senyo, K.; Serrano, J.; Sevior, M.  E.; Sfienti, C.; Shillington, T.; Shiu, J. -G.; Sibidanov, A.; Simon, F.; Singh, J.  B.; Skorupa, J.; Soffer, A.; Sokolov, A.; Solovieva, E.; Spataro, S.; Spruck, B.; Starič, M.; Stefkova, S.; Stottler, Z.  S.; Stroili, R.; Sumihama, M.; Sumisawa, K.; Sutcliffe, W.; Suzuki, S.  Y.; Svidras, H.; Tabata, M.; Takizawa, M.; Tamponi, U.; Tanaka, S.; Tanida, K.; Tanigawa, H.; Tenchini, F.; Tiwary, R.; Tonelli, D.; Torassa, E.; Toutounji, N.; Trabelsi, K.; Uchida, M.; Ueda, I.; Uematsu, Y.; Uglov, T.; Unger, K.; Unno, Y.; Uno, K.; Uno, S.; Ushiroda, Y.; Vahsen, S.  E.; van Tonder, R.; Varner, G.  S.; Varvell, K.  E.; Vinokurova, A.; Vitale, L.; Vobbilisetti, V.; Waheed, E.; Wakeling, H.  M.; Wang, E.; Wang, M. -Z.; Warburton, A.; Watanabe, M.; Watanuki, S.; Welsch, M.; Wessel, C.; Windel, H.; Won, E.; X.  P., Xu; Yabsley, B.  D.; Yamada, S.; Yan, W.; Yang, S.  B.; Ye, H.; Yin, J.  H.; Yoshihara, K.; Yuan, C.  Z.; Yusa, Y.; Zani, L.; Zhang, Y.; Zhilich, V.; Zhou, Q.  D.; Zhou, X.  Y.; Zhukova, V.  I.; Žlebčík, R.

doi:10.1103/PhysRevLett.130.071804

The dark photon A^{'} and the dark Higgs boson h^{'} are hypothetical particles predicted in many dark sector models. We search for the simultaneous production of A^{'} and h^{'} in the dark Higgsstrahlung process e^{+}e^{-}→A^{'}h^{'} with A^{'}→μ^{+}μ^{-} and h^{'} invisible in electron-positron collisions at a center-of-mass energy of 10.58 GeV in data collected by the Belle II experiment in 2019. With an integrated luminosity of 8.34 fb^{-1}, we observe no evidence for signal. We obtain exclusion limits at 90% Bayesian credibility in the range of 1.7-5.0 fb on the cross section and in the range of 1.7×10^{-8}-200×10^{-8} on the effective coupling ϵ^{2}×α_{D} for the A^{'} mass in the range of 4.0 GeV/c^{2}<9.7 GeV/c^{2} and for the h^{'} mass M_{h^{'}}