Evidence for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math> decays
I. Adachi, K. Adamczyk, L. Aggarwal, H. Ahmed, H. Aihara, Н. Акопов, A. Aloisio, N. Anh Ky, D. M. Asner, H. Atmacan, T. Aushev, V. Aushev, M. Aversano, V. Babu, H. Bae, S. Bahinipati, P. Bambade, Sw. Banerjee, S. Bansal, M. Barrett, J. Baudot, M. Bauer, A. Baur, A. Beaubien, F. Becherer, Jürgen Becker, P. K. Behera, 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, A. E. Bolz, J. Borah, A. Bożek, M. Bračko, P. Branchini, R. A. Briere, T. E. Browder, A. Budano, S. Bussino, M. Campajola, L. Cao, G. Casarosa, C. Cecchi, J. Cerasoli, M.-C. Chang, P. Chang, R. Cheaib, P. Cheema, V. Chekelian, C. Chen, B. G. Cheon, K. Chilikin, K. Chirapatpimol, H.-E. Cho, K. Cho, S.-J. Cho, S.-K. Choi, S. Choudhury, J. Cochran, L. Corona, L. Cremaldi, S. Cunliffe, S. Das, F. Dattola, E. De La Cruz–Burelo, S. A. De La Motte, G. De Nardo, M. De Nuccio, G. De Pietro, R. de Sangro, M. Destefanis, S. Dey, A. De Yta-Hernandez, R. Dhamija, A. Di Canto, F. Di Capua, J. Dingfelder, Z. Doležal, I. Domínguez Jiménez, T. V. Dong, M. Dorigo, K. Dort, D. Dossett, S. Dreyer, S. Dubey, G. Dujany, P. Ecker, M. Eliachevitch, D. Epifanov, Y. L. Fan
Abstract
We search for the rare decay <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><a:msup><a:mi>B</a:mi><a:mo>+</a:mo></a:msup><a:mo stretchy="false">→</a:mo><a:msup><a:mi>K</a:mi><a:mo>+</a:mo></a:msup><a:mi>ν</a:mi><a:mover accent="true"><a:mi>ν</a:mi><a:mo stretchy="false">¯</a:mo></a:mover></a:math> in a <f:math xmlns:f="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><f:mn>362</f:mn><f:mtext> </f:mtext><f:mtext> </f:mtext><f:msup><f:mi>fb</f:mi><f:mrow><f:mo>−</f:mo><f:mn>1</f:mn></f:mrow></f:msup></f:math> sample of electron-positron collisions at the <h:math xmlns:h="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><h:mrow><h:mi mathvariant="normal">ϒ</h:mi><h:mo stretchy="false">(</h:mo><h:mn>4</h:mn><h:mi>S</h:mi><h:mo stretchy="false">)</h:mo></h:mrow></h:math> resonance collected with the Belle II detector at the SuperKEKB collider. We use the inclusive properties of the accompanying <m:math xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><m:mi>B</m:mi></m:math> meson in <o:math xmlns:o="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><o:mrow><o:mi mathvariant="normal">ϒ</o:mi><o:mo stretchy="false">(</o:mo><o:mn>4</o:mn><o:mi>S</o:mi><o:mo stretchy="false">)</o:mo><o:mo stretchy="false">→</o:mo><o:mrow><o:mi>B</o:mi><o:mover accent="true"><o:mrow><o:mi>B</o:mi></o:mrow><o:mrow><o:mo stretchy="false">¯</o:mo></o:mrow></o:mover></o:mrow></o:mrow></o:math> events to suppress background from other decays of the signal <w:math xmlns:w="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><w:mi>B</w:mi></w:math> candidate and light-quark pair production. We validate the measurement with an auxiliary analysis based on a conventional hadronic reconstruction of the accompanying <y:math xmlns:y="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><y:mi>B</y:mi></y:math> meson. For background suppression, we exploit distinct signal features using machine learning methods tuned with simulated data. The signal-reconstruction efficiency and background suppression are validated through various control channels. The branching fraction is extracted in a maximum likelihood fit. Our inclusive and hadronic analyses yield consistent results for the <ab:math xmlns:ab="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><ab:msup><ab:mi>B</ab:mi><ab:mo>+</ab:mo></ab:msup><ab:mo stretchy="false">→</ab:mo><ab:msup><ab:mi>K</ab:mi><ab:mo>+</ab:mo></ab:msup><ab:mi>ν</ab:mi><ab:mover accent="true"><ab:mi>ν</ab:mi><ab:mo stretchy="false">¯</ab:mo></ab:mover></ab:math> branching fraction of <fb:math xmlns:fb="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><fb:mrow><fb:mo stretchy="false">[</fb:mo><fb:mn>2.7</fb:mn><fb:mo>±</fb:mo><fb:mn>0.5</fb:mn><fb:mo stretchy="false">(</fb:mo><fb:mrow><fb:mi>stat</fb:mi></fb:mrow><fb:mo stretchy="false">)</fb:mo><fb:mo>±</fb:mo><fb:mn>0.5</fb:mn><fb:mo stretchy="false">(</fb:mo><fb:mrow><fb:mi>syst</fb:mi></fb:mrow><fb:mo stretchy="false">)</fb:mo><fb:mo stretchy="false">]</fb:mo></fb:mrow><fb:mo>×</fb:mo><fb:msup><fb:mn>10</fb:mn><fb:mrow><fb:mo>−</fb:mo><fb:mn>5</fb:mn></fb:mrow></fb:msup></fb:math> and <nb:math xmlns:nb="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><nb:mrow><nb:mo stretchy="false">[</nb:mo><nb:msubsup><nb:mn>1.1</nb:mn><nb:mrow><nb:mo>−</nb:mo><nb:mn>0.8</nb:mn></nb:mrow><nb:mrow><nb:mo>+</nb:mo><nb:mn>0.9</nb:mn></nb:mrow></nb:msubsup><nb:mo stretchy="false">(</nb:mo><nb:mrow><nb:mi>stat</nb:mi></nb:mrow><nb:msubsup><nb:mo stretchy="false">)</nb:mo><nb:mrow><nb:mo>−</nb:mo><nb:mn>0.5</nb:mn></nb:mrow><nb:mrow><nb:mo>+</nb:mo><nb:mn>0.8</nb:mn></nb:mrow></nb:msubsup><nb:mo stretchy="false">(</nb:mo><nb:mrow><nb:mi>syst</nb:mi></nb:mrow><nb:mo stretchy="false">)</nb:mo><nb:mo stretchy="false">]</nb:mo></nb:mrow><nb:mo>×</nb:mo><nb:msup><nb:mn>10</nb:mn><nb:mrow><nb:mo>−</nb:mo><nb:mn>5</nb:mn></nb:mrow></nb:msup></nb:math>, respectively. Combining the results, we determine the branching fraction of the decay <vb:math xmlns:vb="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><vb:msup><vb:mi>B</vb:mi><vb:mo>+</vb:mo></vb:msup><vb:mo stretchy="false">→</vb:mo><vb:msup><vb:mi>K</vb:mi><vb:mo>+</vb:mo></vb:msup><vb:mi>ν</vb:mi><vb:mover accent="true"><vb:mi>ν</vb:mi><vb:mo stretchy="false">¯</vb:mo></vb:mover></vb:math> to be <ac:math xmlns:ac="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><ac:mrow><ac:mo stretchy="false">[</ac:mo><ac:mn>2.3</ac:mn><ac:mo>±</ac:mo><ac:mn>0.5</ac:mn><ac:mo stretchy="false">(</ac:mo><ac:mrow><ac:mi>stat</ac:mi></ac:mrow><ac:msubsup><ac:mo stretchy="false">)</ac:mo><ac:mrow><ac:mo>−</ac:mo><ac:mn>0.4</ac:mn></ac:mrow><ac:mrow><ac:mo>+</ac:mo><ac:mn>0.5</ac:mn></ac:mrow></ac:msubsup><ac:mo stretchy="false">(</ac:mo><ac:mrow><ac:mi>syst</ac:mi></ac:mrow><ac:mo stretchy="false">)</ac:mo><ac:mo stretchy="false">]</ac:mo></ac:mrow><ac:mo>×</ac:mo><ac:msup><ac:mn>10</ac:mn><ac:mrow><ac:mo>−</ac:mo><ac:mn>5</ac:mn></ac:mrow></ac:msup></ac:math>, providing the first evidence for this decay at 3.5 standard deviations. The combined result is 2.7 standard deviations above the standard model expectation. Published by the American Physical Society 2024