Search for an Axion-Like Particle in $B\rightarrow K^{(*)} a (\rightarrowγγ)$ Decays at Belle
Belle, Belle II Collaborations, :, I. Adachi, L. Aggarwal, H. Ahmed, Y. Ahn, H. Aihara, N. Akopov, S. Alghamdi, M. Alhakami, A. Aloisio, N. Althubiti, K. Amos, M. Angelsmark, N. Anh Ky, C. Antonioli, D. M. Asner, H. Atmacan, T. Aushev, V. Aushev, M. Aversano, R. Ayad, V. Babu, H. Bae, N. K. Baghel, S. Bahinipati, P. Bambade, Sw. Banerjee, S. Bansal, M. Barrett, M. Bartl, J. Baudot, A. Baur, A. Beaubien, F. Becherer, J. Becker, 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. Bondar, G. Bonvicini, J. Borah, A. Boschetti, A. Bozek, M. Bračko, P. Branchini, T. E. Browder, A. Budano, S. Bussino, Q. Campagna, M. Campajola, L. Cao, G. Casarosa, C. Cecchi, M. -C. Chang, P. Cheema, L. Chen, B. G. Cheon, K. Chilikin, J. Chin, K. Chirapatpimol, H. -E. Cho, K. Cho, S. -J. Cho, S. -K. Choi, S. Choudhury, J. Cochran, I. Consigny, L. Corona, J. X. Cui, E. De La Cruz-Burelo, S. A. De La Motte, G. De Nardo, G. De Pietro, R. de Sangro, M. Destefanis, S. Dey, A. Di Canto, J. Dingfelder, Z. Doležal, I. Domínguez Jiménez, T. V. Dong, K. Dugic, G. Dujany, P. Ecker, J. Eppelt, R. Farkas, P. Feichtinger, T. Ferber, T. Fillinger, C. Finck, G. Finocchiaro, A. Fodor, F. Forti, A. Frey, B. G. Fulsom, A. Gabrielli, A. Gale, M. Garcia-Hernandez, R. Garg, G. Gaudino, V. Gaur, V. Gautam, A. Gaz, A. Gellrich, G. Ghevondyan, D. Ghosh, H. Ghumaryan, G. Giakoustidis, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, B. Gobbo, R. Godang, O. Gogota, P. Goldenzweig, E. Graziani, D. Greenwald, Z. Gruberová, Y. Guan, K. Gudkova, I. Haide, Y. Han, T. Hara, K. Hayasaka, H. Hayashii, S. Hazra, C. Hearty, M. T. Hedges, G. Heine, I. Heredia de la Cruz, M. Hernández Villanueva, T. Higuchi, M. Hoek, M. Hohmann, R. Hoppe, P. Horak, C. -L. Hsu, T. Humair, T. Iijima, K. Inami, N. Ipsita, A. Ishikawa, R. Itoh, M. Iwasaki, P. Jackson, W. W. Jacobs, E. -J. Jang, Q. P. Ji, S. Jia, Y. Jin, A. Johnson, K. K. Joo, H. Junkerkalefeld, J. Kandra, K. H. Kang, G. Karyan, T. Kawasaki, F. Keil, C. Ketter, M. Khan, C. Kiesling, C. Kim, C. -H. Kim, D. Y. Kim, J. -Y. Kim, K. -H. Kim, Y. J. Kim, Y. -K. Kim, H. Kindo, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, K. Kojima, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, P. Križan, P. Krokovny, T. Kuhr, Y. Kulii, D. Kumar, R. Kumar, K. Kumara, T. Kunigo, A. Kuzmin, Y. -J. Kwon, S. Lacaprara, K. Lalwani, T. Lam, J. S. Lange, T. S. Lau, M. Laurenza, R. Leboucher, F. R. Le Diberder, M. J. Lee, C. Lemettais, P. Leo, P. M. Lewis, C. Li, H. -J. Li, L. K. Li, Q. M. Li, W. Z. Li, Y. Li, Y. B. Li, Y. P. Liao, J. Libby, J. Lin, S. Lin, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Y. Liu, Z. Q. Liu, D. Liventsev, S. Longo, T. Lueck, C. Lyu, Y. Ma, C. Madaan, M. Maggiora, S. P. Maharana, R. Maiti, G. Mancinelli, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, S. Marcello, C. Marinas, C. Martellini, A. Martens, T. Martinov, L. Massaccesi, M. Masuda, D. Matvienko, S. K. Maurya, M. Maushart, J. A. McKenna, R. Mehta, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, S. Mitra, K. Miyabayashi, H. Miyake, R. Mizuk, G. B. Mohanty, S. Mondal, S. Moneta, A. L. Moreira de Carvalho, H. -G. Moser, R. Mussa, I. Nakamura, M. Nakao, Y. Nakazawa, M. Naruki, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, M. Neu, M. Niiyama, S. Nishida, S. Ogawa, H. Ono, G. Pakhlova, S. Pardi, K. Parham, H. Park, J. Park, K. Park, S. -H. Park, B. Paschen, A. Passeri, S. Patra, S. Paul, T. K. Pedlar, I. Peruzzi, R. Peschke, R. Pestotnik, M. Piccolo, L. E. Piilonen, P. L. M. Podesta-Lerma, T. Podobnik, S. Pokharel, A. Prakash, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, S. Privalov, H. Purwar, P. Rados, G. Raeuber, S. Raiz, K. Ravindran, J. U. Rehman, M. Reif, S. Reiter, M. Remnev, L. Reuter, D. Ricalde Herrmann, I. Ripp-Baudot, G. Rizzo, S. H. Robertson, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, L. Salutari, D. A. Sanders, S. Sandilya, L. Santelj, V. Savinov, B. Scavino, J. Schmitz, S. Schneider, G. Schnell, M. Schnepf, C. Schwanda, Y. Seino, A. Selce, K. Senyo, J. Serrano, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, G. Sharma, C. P. Shen, X. D. Shi, T. Shillington, T. Shimasaki, J. -G. Shiu, D. Shtol, A. Sibidanov, F. Simon, J. B. Singh, J. Skorupa, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, E. Solovieva, S. Spataro, B. Spruck, M. Starič, P. Stavroulakis, S. Stefkova, R. Stroili, Y. Sue, M. Sumihama, K. Sumisawa, N. Suwonjandee, H. Svidras, M. Takizawa, U. Tamponi, K. Tanida, F. Tenchini, F. Testa, A. Thaller, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, F. F. Trantou, I. Tsaklidis, I. Ueda, T. Uglov, K. Unger, Y. Unno, K. Uno, S. Uno, P. Urquijo, Y. Ushiroda, S. E. Vahsen, R. van Tonder, K. E. Varvell, M. Veronesi, A. Vinokurova, V. S. Vismaya, L. Vitale, V. Vobbilisetti, R. Volpe, A. Vossen, E. Waheed, M. Wakai, S. Wallner, M. -Z. Wang, A. Warburton, S. Watanuki, C. Wessel, E. Won, X. P. Xu, B. D. Yabsley, S. Yamada, W. Yan, W. C. Yan, S. B. Yang, J. Yelton, K. Yi, J. H. Yin, K. Yoshihara, C. Z. Yuan, J. Yuan, L. Zani, F. Zeng, M. Zeyrek, B. Zhang, V. Zhilich, J. S. Zhou, Q. D. Zhou, L. Zhu, R. Žlebčík
Published: 2025/7/1
Abstract
We report a search for an axion-like particle $a$ in $B\rightarrow K^{(*)} a (\rightarrow\gamma\gamma)$ decays using data collected with the Belle detector at the KEKB asymmetric energy electron-positron collider. The search is based on a $711 \mathrm{fb^{-1}}$ data sample collected at the $\Upsilon 4S$ resonance energy, corresponding to a sample of $772\times10^6$ $\Upsilon 4S$ events. In this study, we search for the decay of the axion-like particle into a pair of photons, $a \rightarrow \gamma\gamma$. We scan the two-photon invariant mass in the range $0.16\ \mathrm{GeV/}c^2-4.50\ \mathrm{GeV}/c^2$ for the $K$ modes and $0.16\ \mathrm{GeV/}c^2-4.20\ \mathrm{GeV}/c^2$ for the $K^{*}$ modes. No significant signal is observed in any of the modes, and 90\% confidence level upper limits are established on the coupling to the $W$ boson, $g_aW$, as a function of $a$ mass. The limits range from $3 \times 10^{-6} \mathrm{GeV}^{-1}$ to $3 \times 10^{-5} \mathrm{GeV}^{-1}$, improving the current constraints on $g_aW$ by a factor of two over the most stringent previous experimental results.