Search for a μ+μ- resonance in four-muon final states at Belle II

Adachi, I.; Adamczyk, K.; Aggarwal, L.; Ahmed, H.; Aihara, H.; Akopov, N.; Aloisio, A.; Anh Ky, N.; Asner, D.  M.; Atmacan, H.; Aushev, V.; Aversano, M.; Ayad, R.; Babu, V.; Bae, H.; Bahinipati, S.; Bambade, P.; Banerjee, Sw.; Bansal, S.; Barrett, M.; Baudot, J.; Baur, A.; Beaubien, A.; Becherer, F.; Becker, J.; Bennett, J.  V.; Bernlochner, F.  U.; Bertacchi, V.; Bertemes, M.; Bertholet, E.; Bessner, M.; Bettarini, S.; Bhuyan, B.; Bianchi, F.; Bilka, T.; Bilokin, S.; Biswas, D.; Bobrov, A.; Bodrov, D.; Bolz, A.; Bozek, A.; Bračko, M.; Branchini, P.; Browder, T.  E.; Budano, A.; Bussino, S.; Campajola, M.; Cao, L.; Casarosa, G.; Cecchi, C.; Cerasoli, J.; Chang, M. -C.; Chang, P.; Cheaib, R.; Cheema, P.; Cheon, B.  G.; Chilikin, K.; Chirapatpimol, K.; Cho, H. -E.; Cho, K.; Cho, S. -J.; Choi, S. -K.; Choudhury, S.; Corona, L.; Cremaldi, L.  M.; Das, S.; Dattola, F.; De La Cruz-Burelo, E.; De La Motte, S.  A.; De Nardo, G.; De Nuccio, M.; De Pietro, G.; de Sangro, R.; Destefanis, M.; Dhamija, R.; Di Canto, A.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Doležal, Z.; Dong, T.  V.; Dorigo, M.; Dort, K.; Dreyer, S.; Dubey, S.; Dujany, G.; Ecker, P.; Eliachevitch, M.; Epifanov, D.; Feichtinger, P.; Ferber, T.; Ferlewicz, D.; Fillinger, T.; Finck, C.; Finocchiaro, G.; Fodor, A.; Forti, F.; Frey, A.; Fulsom, B.  G.; Gabrielli, A.; Ganiev, E.; Garcia-Hernandez, M.; Garg, R.; Gaudino, G.; Gaur, V.; Gaz, A.; Gellrich, A.; Ghevondyan, G.; Ghosh, D.; Ghumaryan, H.; Giakoustidis, G.; Giordano, R.; Giri, A.; Glazov, A.; Gobbo, B.; Godang, R.; Gogota, O.; Goldenzweig, P.; Gradl, W.; Grammatico, T.; Graziani, E.; Greenwald, D.; Gruberová, Z.; Gu, T.; Gudkova, K.; Halder, S.; Han, Y.; Hara, T.; Hayashii, H.; Hazra, S.; Hearty, C.; Hedges, M.  T.; Heidelbach, A.; Heredia de la Cruz, I.; Hernández Villanueva, M.; Higuchi, T.; Hoek, M.; Hohmann, M.; Horak, P.; Hsu, C. -L.; Humair, T.; Iijima, T.; Inguglia, G.; Ipsita, N.; Ishikawa, A.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jackson, P.; Jacobs, W.  W.; Jang, E. -J.; Q.  P., Ji; Jia, S.; Jin, Y.; Joo, K.  K.; Junkerkalefeld, H.; Kalita, D.; Kandra, J.; Kang, K.  H.; Karyan, G.; Kawasaki, T.; Keil, F.; Kiesling, C.; Kim, C. -H.; Kim, D.  Y.; Kim, K. -H.; Kim, Y. -K.; Kindo, H.; Kinoshita, K.; Kodyš, P.; Koga, T.; Kohani, S.; Kojima, K.; Korobov, A.; Korpar, S.; Kovalenko, E.; Kowalewski, R.; Kraetzschmar, T.  M.  G.; Križan, P.; Krokovny, P.; Kuhr, T.; Kumar, J.; Kumar, M.; Kumar, R.; Kumara, K.; Kunigo, T.; Kuzmin, A.; Kwon, Y. -J.; Lacaprara, S.; Lai, Y. -T.; Lam, T.; Lanceri, L.; Lange, J.  S.; Laurenza, M.; Lautenbach, K.; Leboucher, R.; Le Diberder, F.  R.; Lee, M.  J.; Levit, D.; Lewis, P.  M.; Li, C.; L.  K., Li; Li, Y.; Y.  B., Li; Libby, J.; Liu, M.  H.; Liu, Q.  Y.; Liu, Z.  Q.; Liventsev, D.; Longo, S.; Lueck, T.; Lyu, C.; Ma, Y.; Maggiora, M.; Maharana, S.  P.; Maiti, R.; Maity, S.; Mancinelli, G.; Manfredi, R.; Manoni, E.; Mantovano, M.; Marcantonio, D.; Marcello, S.; Marinas, C.; Martel, L.; Martellini, C.; Martini, A.; Martinov, T.; Massaccesi, L.; Masuda, M.; Matsuoka, K.; Matvienko, D.; Maurya, S.  K.; Mckenna, J.  A.; Mehta, R.; Meier, F.; Merola, M.; Metzner, F.; Milesi, M.; Miller, C.; Mirra, M.; Miyabayashi, K.; Miyake, H.; Mizuk, R.; Mohanty, G.  B.; Molina-Gonzalez, N.; Mondal, S.; Moneta, S.; Moser, H. -G.; Mrvar, M.; Mussa, R.; Nakamura, I.; Nakao, M.; Nakazawa, Y.; Narimani Charan, A.; Naruki, M.; Narwal, D.; Natkaniec, Z.; Natochii, A.; Nayak, L.; Nayak, M.; Nazaryan, G.; Niebuhr, C.; Nishida, S.; Ogawa, S.; Onishchuk, Y.; Ono, H.; Onuki, Y.; Oskin, P.; Otani, F.; Pakhlova, G.; Panta, A.; Pardi, S.; Parham, K.; Park, H.; Park, S. -H.; Paschen, B.; Passeri, A.; Patra, S.; Paul, S.; Pedlar, T.  K.; Peschke, R.; Pestotnik, R.; Piccolo, M.; Piilonen, L.  E.; Pinna Angioni, G.; Podesta-Lerma, P.  L.  M.; Podobnik, T.; Pokharel, S.; Praz, C.; Prell, S.; Prencipe, E.; Prim, M.  T.; Purwar, H.; Rados, P.; Raeuber, G.; Raiz, S.; Rauls, N.; Reif, M.; Reiter, S.; Remnev, M.; Ripp-Baudot, I.; Rizzo, G.; Robertson, S.  H.; Roehrken, M.; Roney, J.  M.; Rostomyan, A.; Rout, N.; Russo, G.; Sanders, D.  A.; Sandilya, S.; Santelj, L.; Sato, Y.; Savinov, V.; Scavino, B.; Schmitt, C.; Schwanda, C.; Schwickardi, M.; Seino, Y.; Selce, A.; Senyo, K.; Serrano, J.; Sevior, M.  E.; Sfienti, C.; Shan, W.; Shen, C.  P.; Shi, X.  D.; Shillington, T.; Shimasaki, T.; Shiu, J. -G.; Shtol, D.; Sibidanov, A.; Simon, F.; Singh, J.  B.; Skorupa, J.; Sobie, R.  J.; Sobotzik, M.; Soffer, A.; Sokolov, A.; Solovieva, E.; Spataro, S.; Spruck, B.; Starič, M.; Stavroulakis, P.; Stefkova, S.; Stroili, R.; Sumihama, M.; Sumisawa, K.; Sutcliffe, W.; Svidras, H.; Takizawa, M.; Tamponi, U.; Tanaka, S.; Tanida, K.; Tenchini, F.; Tittel, O.; Tiwary, R.; Tonelli, D.; Torassa, E.; Trabelsi, K.; Tsaklidis, I.; Uchida, M.; Ueda, I.; Unger, K.; Unno, Y.; Uno, K.; Uno, S.; Urquijo, P.; Ushiroda, Y.; Vahsen, S.  E.; van Tonder, R.; Varvell, K.  E.; Veronesi, M.; Vinokurova, A.; Vismaya, V.  S.; Vitale, L.; Vobbilisetti, V.; Volpe, R.; Wach, B.; Wakai, M.; Wallner, S.; Wang, E.; Wang, M. -Z.; Wang, X.  L.; Wang, Z.; Warburton, A.; Watanuki, S.; Wessel, C.; Won, E.; X.  P., Xu; Yabsley, B.  D.; Yamada, S.; Yan, W.; Yang, S.  B.; Yelton, J.; Yin, J.  H.; Yoshihara, K.; Yuan, C.  Z.; Yusa, Y.; Zani, L.; Zhang, B.; Zhilich, V.; Zhou, Q.  D.; Zhou, X.  Y.; Zhukova, V.  I.; Null, Null

doi:10.1103/physrevd.109.112015

We report on a search for a resonance X decaying to a pair of muons in e+e-→μ+μ-X events in the 0.212-9.000 GeV/c2 mass range, using 178 fb-1 of data collected by the Belle II experiment at the SuperKEKB collider at a center of mass energy of 10.58 GeV. The analysis probes two different models of X beyond the standard model: a Z′ vector boson in the Lμ-Lτ model and a muonphilic scalar. We observe no evidence for a signal and set exclusion limits at the 90% confidence level on the products of cross section and branching fraction for these processes, ranging from 0.046 fb to 0.97 fb for the Lμ-Lτ model and from 0.055 fb to 1.3 fb for the muonphilic scalar model. For masses below 6 GeV/c2, the corresponding constraints on the couplings of these processes to the standard model range from 0.0008 to 0.039 for the Lμ-Lτ model and from 0.0018 to 0.040 for the muonphilic scalar model. These are the first constraints on the muonphilic scalar from a dedicated search.