Search for diphoton decays of an axionlike particle in radiative <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:math> decays
M. Ablikim, М. Н. Ачасов, P. Adlarson, X. Ai, R. Aliberti, A. Amoroso, M. R. An, Q. An, Y. Bai, O. Bakina, I. Balossino, Y. Ban, H.-R. Bao, V. Batozskaya, K. Begzsuren, N. Berger, M. Berlowski, M. Bertani, D. Bettoni, F. Bianchi, E. Bianco, A. Bortone, I. Boyko, R. A. Briere, A. Brueggemann, H. Cai, X. Cai, A. Calcaterra, G. F. Cao, N. Cao, S. A. Çetin, J. F. Chang, W. L. Chang, G. R. Che, G. Chelkov, C. Chen, Chao Chen, G. Chen, H. S. Chen, M. L. Chen, S. J. Chen, S. J. Chen, S. L. Chen, T. Chen, X. R. Chen, X. T. Chen, Y. B. Chen, Y. Q. Chen, Z. J. Chen, S. K. Choi, X. Chu, G. Cibinetto, S. C. Coen, F. Cossio, J. J. Cui, H. L. Dai, J. P. Dai, A. Dbeyssi, R. E. de Boer, D. Dedovich, Z. Y. Deng, A. G. Denig, I. Denysenko, M. Destefanis, F. De Mori, B. Ding, X. X. Ding, Y. Ding, Y. Ding, J. Dong, L. Y. Dong, M. Y. Dong, X. Dong, M. C. Du, S. X. Du, Z. H. Duan, P. Egorov, Y. H. Fan, J. Fang, S. S. Fang, Wenxing Fang, Y. Fang, Y. Fang, R. Farinelli, L. Fava, F. Feldbauer, G. Felici, C. Q. Feng, J. H. Feng, Y. T. Feng, K. Fischer, M. Fritsch, C. D. Fu, J. Fu, Y. W. Fu, H. Gao, Y. N. Gao, Yang Gao, S. Garbolino, I. Garzia
Abstract
We search for the diphoton decay of a light pseudoscalar axionlike particle, <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><a:mi>a</a:mi></a:math>, in radiative <c:math xmlns:c="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><c:mi>J</c:mi><c:mo>/</c:mo><c:mi>ψ</c:mi></c:math> decays, using <e:math xmlns:e="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><e:mrow><e:msup><e:mrow><e:mn>10</e:mn></e:mrow><e:mrow><e:mn>10</e:mn></e:mrow></e:msup><e:mtext> </e:mtext><e:mi>J</e:mi><e:mo>/</e:mo><e:mi>ψ</e:mi></e:mrow></e:math> events collected with the BESIII detector. We find no evidence of a signal and set upper limits at the 95% confidence level on the product branching fraction <g:math xmlns:g="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><g:mi mathvariant="script">B</g:mi><g:mo stretchy="false">(</g:mo><g:mi>J</g:mi><g:mo>/</g:mo><g:mi>ψ</g:mi><g:mo stretchy="false">→</g:mo><g:mi>γ</g:mi><g:mi>a</g:mi><g:mo stretchy="false">)</g:mo><g:mo>×</g:mo><g:mi mathvariant="script">B</g:mi><g:mo stretchy="false">(</g:mo><g:mi>a</g:mi><g:mo stretchy="false">→</g:mo><g:mi>γ</g:mi><g:mi>γ</g:mi><g:mo stretchy="false">)</g:mo></g:math> and the axionlike particle photon coupling constant <q:math xmlns:q="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><q:msub><q:mi>g</q:mi><q:mrow><q:mi>a</q:mi><q:mi>γ</q:mi><q:mi>γ</q:mi></q:mrow></q:msub></q:math> in the ranges of <s:math xmlns:s="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><s:mrow><s:mo stretchy="false">(</s:mo><s:mn>3.7</s:mn><s:mi>–</s:mi><s:mn>48.5</s:mn><s:mo stretchy="false">)</s:mo><s:mo>×</s:mo><s:msup><s:mrow><s:mn>10</s:mn></s:mrow><s:mrow><s:mo>−</s:mo><s:mn>8</s:mn></s:mrow></s:msup></s:mrow></s:math> and <w:math xmlns:w="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><w:mrow><w:mo stretchy="false">(</w:mo><w:mn>2.2</w:mn><w:mi>–</w:mi><w:mn>101.8</w:mn><w:mo stretchy="false">)</w:mo><w:mo>×</w:mo><w:msup><w:mrow><w:mn>10</w:mn></w:mrow><w:mrow><w:mo>−</w:mo><w:mn>4</w:mn></w:mrow></w:msup><w:mtext> </w:mtext><w:mtext> </w:mtext><w:mrow><w:msup><w:mrow><w:mi>GeV</w:mi></w:mrow><w:mrow><w:mo>−</w:mo><w:mn>1</w:mn></w:mrow></w:msup></w:mrow></w:mrow></w:math>, respectively, for <ab:math xmlns:ab="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><ab:mn>0.18</ab:mn><ab:mo>≤</ab:mo><ab:msub><ab:mi>m</ab:mi><ab:mi>a</ab:mi></ab:msub><ab:mo>≤</ab:mo><ab:mn>2.85</ab:mn><ab:mtext> </ab:mtext><ab:mtext> </ab:mtext><ab:mrow><ab:mi>GeV</ab:mi><ab:mo>/</ab:mo></ab:mrow><ab:msup><ab:mi>c</ab:mi><ab:mn>2</ab:mn></ab:msup></ab:math>. These are the most stringent limits to date in this mass region. Published by the American Physical Society 2024