Search for a dark leptophilic scalar produced in association with
τ+τ−
pair in
e+e−
annihilation at center-of-mass energies near 10.58 GeV
Authors: Biswas D. , Banerjee Sw. , Adachi I. , Aihara H. , Asner D. M. , Aushev T. , Ayad R. , Babu V. , Behera P. , Bennett J. , Bessner M. , Bhardwaj V. , Bhuyan B. , Bilka T. , Bodrov D. , Borah J. , Bozek A. , Bračko M. , Branchini P. , Browder T. E. , Budano A. , Campajola M. , Červenkov D. , Chang M.-C. , Chang P. , Cheon B. G. , Chilikin K. , Cho H. E. , Cho K. , Choi S.-K. , Choi Y. , Choudhury S. , Cinabro D. , Das S. , De Nardo G. , De Pietro G. , Dhamija R. , Di Capua F. , Dingfelder J. , Doležal Z. , Dong T. V. , Dubey S. , Ecker P. , Epifanov D. , Ferber T. , Fulsom B. G. , Gaur V. , Garmash A. , Giri A. , Goldenzweig P. , Graziani E. , Guan Y. , Gudkova K. , Hadjivasiliou C. , Hayasaka K. , Hayashii H. , Hazra S. , Hedges M. T. , Herrmann D. , Hernández Villanueva M. , Hou W.-S. , Hsu C.-L. , Inami K. , Inguglia G. , Ipsita N. , Ishikawa A. , Itoh R. , Iwasaki M. , Jacobs W. W. , Ji Q. P. , Jia S. , Jin Y. , Joo K. K. , Kaliyar A. B. , Kiesling C. , Kim C. H. , Kim D. Y. , Kim K.-H. , Kim Y. J. , Kim Y.-K. , Kodyš P. , Konno T. , Korobov A. , Korpar S. , Križan P. , Krokovny P. , Kumar M. , Kumara K. , Kwon Y.-J. , Lai Y.-T. , Laurenza M. , Lee S. C. , Levit D. , Li J. , Li L. K. , Li Y. , Li Gioi L. , Libby J. , Lieret K. , Lin Y.-R. , Liventsev D. , Luo T. , Ma Y. , Masuda M. , Maurya S. K. , Meier F. , Merola M. , Metzner F. , Miyabayashi K. , Mizuk R. , Nakamura I. , Nakao M. , Natkaniec Z. , Natochii A. , Nayak L. , Niiyama M. , Nisar N. K. , Nishida S. , Ogawa S. , Ono H. , Pakhlov P. , Pakhlova G. , Pardi S. , Park H. , Park J. , Park S.-H. , Passeri A. , Patra S. , Paul S. , Pestotnik R. , Piilonen L. E. , Podobnik T. , Prencipe E. , Prim M. T. , Rout N. , Russo G. , Sandilya S. , Santelj L. , Savinov V. , Schnell G. , Schwanda C. , Seino Y. , Senyo K. , Sevior M. E. , Shan W. , Sharma C. , Shiu J.-G. , Shwartz B. , Singh J. B. , Sokolov A. , Solovieva E. , Starič M. , Stottler Z. S. , Sumihama M. , Takizawa M. , Tanida K. , Tenchini F. , Trabelsi K. , Uchida M. , Uglov T. , Unno Y. , Uno K. , Uno S. , Urquijo P. , Vinokurova A. , Wang D. , Wang E. , Watanuki S. , Won E. , Xu X. , Yabsley B. D. , Yan W. , Yin J. H. , Yuan C. Z. , Yuan L. , Zhang Z. P. , Zhilich V. , Zhukova V. , Zhulanov V. ,   Belle Collaboration
Published: February 2024

A dark leptophilic scalar (ϕL) is a hypothetical particle that couples only to leptons rather than quarks. We report on a search for ϕL in the e+e−→τ+τ−ϕL, ϕL→ℓ+ℓ−(ℓ=e,μ) process using 626  fb−1 of data collected by the Belle experiment near the ϒ(4S) resonance. We validate the backgrounds with multiple control regions in data, using a novel multiclass multivariate event classifier. In absence of a signal, we quote upper limits at the 90% confidence level on the coupling between ϕL and leptons. Our bounds, obtained in a blinded approach, are 19% more constraining than the previous limits, averaged over the mass range 0.04≤mϕL≤6.5  GeV. We exclude the parameter space below 4 GeV favored by measurement of the anomalous magnetic moment of the muon.

Published by the American Physical Society
2024