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Article | |
Report number | arXiv:2307.04579 ; CERN-EP-2023-133 |
Title | Search for $K^+$ decays into the $\pi^+e^+e^-e^+e^-$ final state |
Author(s) |
Cortina Gil, Eduardo (Louvain U., CP3) ; Minucci, Elisa (Louvain U., CP3 ; Syracuse U.) ; Padolski, Sergey (Louvain U., CP3) ; Petrov, Plamen (Louvain U., CP3) ; Velghe, Bob (TRIUMF) ; Bryman, Douglas (British Columbia U. ; TRIUMF) ; Fu, Ji (British Columbia U.) ; Numao, Toshio (TRIUMF) ; Petrov, Yevgeniy (TRIUMF) ; Wong, Vincent Wai Sum (TRIUMF) ; Husek, Tomas (Charles U.) ; Kampf, Karol (Charles U.) ; Zamkovsky, Michal (Charles U. ; CERN) ; Jerhot, Jan (Charles U. ; Louvain U., CP3) ; Aliberti, Riccardo (Mainz U., Inst. Phys. ; Helmholtz Inst., Mainz) ; Khoriauli, Gia (Mainz U., Inst. Phys. ; Wurzburg U.) ; Kunze, Jonas (Mainz U., Inst. Phys.) ; Lomidze, David (Mainz U., Inst. Phys. ; European XFEL, Hamburg) ; Marchevski, Radoslav (CERN ; EPFL) ; Peruzzo, Letizia (Mainz U., Inst. Phys.) ; Vormstein, Mario (Mainz U., Inst. Phys.) ; Wanke, Rainer (Mainz U., Inst. Phys.) ; Cotta Ramusino, Angelo (INFN, Ferrara) ; Dalpiaz, Pietro (Ferrara U.) ; Fiorini, Massimiliano (Ferrara U.) ; Gamberini, Enrico (CERN) ; Gianoli, Alberto (INFN, Ferrara) ; Neri, Ilaria (Ferrara U.) ; Norton, Alan (Ferrara U. ; Glasgow U.) ; Petrucci, Ferruccio (Ferrara U.) ; Wahl, Heinrich (Ferrara U. ; Mainz U., Inst. Phys.) ; Bizzeti, Andrea (INFN, Florence ; Modena U.) ; Bucci, Francesca (INFN, Florence) ; Iacopini, Enrico (Florence U.) ; Latino, Giuseppe (Florence U.) ; Lenti, Massimo (Florence U.) ; Parenti, Andrea (Florence U.) ; Volpe, Roberta (Louvain U., CP3 ; INFN, Perugia) ; Antonelli, Antonella (Frascati) ; Gonnella, Francesco (Birmingham U.) ; Lamanna, Gianluca (Pisa U.) ; Lanfranchi, Gaia (Frascati) ; Tinti, Gemma (Frascati) ; Martellotti, Silvia (Frascati) ; Moulson, Matthew (Frascati) ; Kozhuharov, Venelin (Frascati ; Sofiya U.) ; Litov, Leandar (Sofiya U.) ; Georgiev, Georgi (Frascati ; Sofiya U.) ; Raggi, Mauro (Rome U.) ; Spadaro, Tommaso (Frascati) ; Ambrosino, Fabio (Naples U.) ; Fiorenza, Renato (Naples U. ; SSM, Naples) ; Capussela, Tiziana (Naples U.) ; Corvino, Michele (Naples U.) ; Di Filippo, Domenico (Naples U.) ; Massarotti, Paolo (Naples U.) ; Mirra, Marco (Naples U.) ; Napolitano, Marco (Naples U.) ; Saracino, Giulio (Naples U.) ; Anzivino, Giuseppina (Perugia U.) ; Imbergamo, Ermanno (Perugia U.) ; Lollini, Riccardo (Perugia U.) ; Santoni, Cristiano (Perugia U.) ; Brizioli, Francesco (Perugia U. ; CERN) ; Barbanera, Mattia (INFN, Perugia) ; Cenci, Patrizia (INFN, Perugia) ; Checcucci, Bruno (INFN, Perugia) ; Duk, Viacheslav (Birmingham U. ; INFN, Perugia) ; Lupi, Matteo (INFN, Perugia ; Goethe U., Frankfurt, Inst. Inform.) ; Pepe, Monica (INFN, Perugia) ; Piccini, Mauro (INFN, Perugia) ; Lubrano, Pasquale (INFN, Perugia) ; Costantini, Flavio (Pisa U.) ; Doble, Niels (Pisa U. ; Mainz U., Inst. Phys.) ; Giorgi, Marcello (Pisa U.) ; Giudici, Sergio (Pisa U.) ; Lari, Enrico (Pisa U.) ; Pinzino, Jacopo (CERN ; INFN, Pisa) ; Pontisso, Luca (INFN, Pisa ; INFN, Rome) ; Sozzi, Marco (Pisa U.) ; Di Lella, Luigi (Pisa U. ; Mainz U., Inst. 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Corporate author(s) | The NA62 collaboration |
Publication | 2023-09-22 |
Imprint | 18 Sep 2023 |
Number of pages | 9 |
Published in: | Phys. Lett. B 846 (2023) 138193 |
DOI | 10.1016/j.physletb.2023.138193 |
Subject category | Particle Physics - Experiment |
Accelerator/Facility, Experiment | CERN SPS ; NA62 |
Keywords | flavor physics ; exotics ; branching fraction ; rare decay ; experimental results ; SM rare decay ; Search for hidden sector mediators |
Abstract | The first search for ultra-rare $K^+$ decays into the $\pi^+e^+e^-e^+e^-$ final state is reported, using a dataset collected by the NA62 experiment at CERN in 2017-2018. An upper limit of $1.4\times 10^{-8}$ at 90% CL is obtained for the branching ratio of the $K^+\to\pi^+e^+e^-e^+e^-$ decay, predicted in the Standard Model to be $(7.2 \pm0 .7)\times 10^{-11}$. Upper limits at 90% CL are obtained at the level of $10^{-9}$ for the branching ratios of two prompt decay chains involving pair-production of hidden-sector mediators: $K^+\to\pi^+ a a$, $a \to e^+e^-$ and $K^+\to\pi^+ S$, $S\to A^\prime A^\prime$, $A^\prime \to e^+ e^-$. |
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