Hunting for $$B^+\rightarrow K^+ \tau ^+\tau ^-$$ imprints on the $$B^+ \rightarrow K^+ \mu ^+\mu ^-$$ dimuon spectrum

Abstract

Abstract We investigate the possibility of indirectly constraining the $$B^{+}\rightarrow K^{+}\tau ^+\tau ^-$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> decay rate using precise data on the $$B^{+}\rightarrow K^{+}\mu ^+\mu ^-$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> dimuon spectrum. To this end, we estimate the distortion of the spectrum induced by the $$B^{+}\rightarrow K^{+}\tau ^+\tau ^-\rightarrow K^{+} \mu ^+\mu ^-$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> re-scattering process, and propose a method to simultaneously constrain this (non-standard) contribution and the long-distance effects associated to hadronic intermediate states. The latter are constrained using the analytic properties of the amplitude combined with data and perturbative calculations. Finally, we estimate the sensitivity expected at the LHCb experiment with present and future datasets. We find that constraints on the branching fraction of $$O(10^{-3})$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>O</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> , competitive with current direct bounds, can be achieved with the current dataset, while bounds of $$O(10^{-4})$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>O</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> could be obtained with the LHCb upgrade-II luminosity.

Topics & Concepts