A search for rare B → Dμ+μ− decays
Authors:   The LHCb collaboration, Aaij R. , Abdelmotteleb A. S. W. , Abellan Beteta C. , Abudinén F. , Ackernley T. , Adeva B. , Adinolfi M. , Adlarson P. , Afsharnia H. , Agapopoulou C. , Aidala C. A. , Ajaltouni Z. , Akar S. , Akiba K. , Albicocco P. , Albrecht J. , Alessio F. , Alexander M. , Alfonso Albero A. , Aliouche Z. , Alvarez Cartelle P. , Amalric R. , Amato S. , Amey J. L. , Amhis Y. , An L. , Anderlini L. , Andersson M. , Andreianov A. , Andreotti M. , Andreou D. , Ao D. , Archilli F. , Artamonov A. , Artuso M. , Aslanides E. , Atzeni M. , Audurier B. , Bachiller Perea I. , Bachmann S. , Bachmayer M. , Back J. J. , Bailly-reyre A. , Baladron Rodriguez P. , Balagura V. , Baldini W. , Baptista de Souza Leite J. , Barbetti M. , Barlow R. J. , Barsuk S. , Barter W. , Bartolini M. , Baryshnikov F. , Basels J. M. , Bassi G. , Batsukh B. , Battig A. , Bay A. , Beck A. , Becker M. , Bedeschi F. , Bediaga I. B. , Beiter A. , Belin S. , Bellee V. , Belous K. , Belov I. , Belyaev I. , Benane G. , Bencivenni G. , Ben-Haim E. , Berezhnoy A. , Bernet R. , Bernet Andres S. , Berninghoff D. , Bernstein H. C. , Bertella C. , Bertolin A. , Betancourt C. , Betti F. , Bezshyiko Ia. , Bhom J. , Bian L. , Bieker M. S. , Biesuz N. V. , Billoir P. , Biolchini A. , Birch M. , Bishop F. C. R. , Bitadze A. , Bizzeti A. , Blago M. P. , Blake T. , Blanc F. , Blank J. E. , Blusk S. , Bobulska D. , Bocharnikov V. , Boelhauve J. A. , Boente Garcia O. , Boettcher T. , Boldyrev A. , Bolognani C. S. , Bolzonella R. , Bondar N. , Borgato F. , Borghi S. , Borsato M. , Borsuk J. T. , Bouchiba S. A. , Bowcock T. J. V. , Boyer A. , Bozzi C. , Bradley M. J. , Braun S. , Brea Rodriguez A. , Brodzicka J. , Brossa Gonzalo A. , Brown J. , Brundu D. , Buonaura A. , Buonincontri L. , Burke A. T. , Burr C. , Bursche A. , Butkevich A. , Butter J. S. , Buytaert J. , Byczynski W. , Cadeddu S. , Cai H. , Calabrese R. , Calefice L. , Cali S. , Calvi M. , Calvo Gomez M. , Campana P. , Campora Perez D. H. , Campoverde Quezada A. F. , Capelli S. , Capriotti L. , Carbone A. , Cardinale R. , Cardini A. , Carniti P. , Carus L. , Casais Vidal A. , Caspary R. , Casse G. , Cattaneo M. , Cavallero G. , Cavallini V. , Celani S. , Cerasoli J. , Cervenkov D. , Chadwick A. J. , Chahrour I. , Chapman M. G. , Charles M. , Charpentier Ph. , Chavez Barajas C. A. , Chefdeville M. , Chen C. , Chen S. , Chernov A. , Chernyshenko S. , Chobanova V. , Cholak S. , Chrzaszcz M. , Chubykin A. , Chulikov V. , Ciambrone P. , Cicala M. F. , Cid Vidal X. , Ciezarek G. , Cifra P. , Ciullo G. , Clarke P. E. L. , Clemencic M. , Cliff H. V. , Closier J. , Cobbledick J. L. , Coco V. , Cogan J. , Cogneras E. , Cojocariu L. , Collins P. , Colombo T. , Congedo L. , Contu A. , Cooke N. , Corredoira I. , Corti G. , Couturier B. , Craik D. C. , Cruz Torres M. , Currie R. , Da Silva C. L. , Dadabaev S. , Dai L. , Dai X. , Dall’Occo E. , Dalseno J. , D’Ambrosio C. , Daniel J. , Danilina A. , d’Argent P. , Davies J. E. , Davis A. , De Aguiar Francisco O. , de Boer J. , De Bruyn K. , De Capua S. , De Cian M. , De Freitas Carneiro Da Graca U. , De Lucia E. , De Miranda J. M. , De Paula L. , De Serio M. , De Simone D. , De Simone P. , De Vellis F. , de Vries J. A. , Dean C. T. , Debernardis F. , Decamp D. , Dedu V. , Del Buono L. , Delaney B. , Dembinski H.-P. , Denysenko V. , Deschamps O. , Dettori F. , Dey B. , Di Nezza P. , Diachkov I. , Didenko S. , Dieste Maronas L. , Ding S. , Dobishuk V. , Dolmatov A. , Dong C. , Donohoe A. M. , Dordei F. , dos Reis A. C. , Douglas L. , Downes A. G. , Duda P. , Dudek M. W. , Dufour L. , Duk V. , Durante P. , Duras M. M. , Durham J. M. , Dutta D. , Dziurda A. , Dzyuba A. , Easo S. , Egede U. , Egorychev V. , Eirea Orro C. , Eisenhardt S. , Ejopu E. , Ek-In S. , Eklund L. , Elashri M. , Ellbracht J. , Ely S. , Ene A. , Epple E. , Escher S. , Eschle J. , Esen S. , Evans T. , Fabiano F. , Falcao L. N. , Fan Y. , Fang B. , Fantini L. , Faria M. , Farry S. , Fazzini D. , Felkowski L. , Feo M. , Fernandez Gomez M. , Fernez A. D. , Ferrari F. , Ferreira Lopes L. , Ferreira Rodrigues F. , Ferreres Sole S. , Ferrillo M. , Ferro-Luzzi M. , Filippov S. , Fini R. A. , Fiorini M. , Firlej M. , Fischer K. M. , Fitzgerald D. S. , Fitzpatrick C. , Fiutowski T. , Fleuret F. , Fontana M. , Fontanelli F. , Forty R. , Foulds-Holt D. , Franco Lima V. , Franco Sevilla M. , Frank M. , Franzoso E. , Frau G. , Frei C. , Friday D. A. , Frontini L. , Fu J. , Fuehring Q. , Fulghesu T. , Gabriel E. , Galati G. , Galati M. D. , Gallas Torreira A. , Galli D. , Gambetta S. , Gandelman M. , Gandini P. , Gao H. , Gao Y. , Gao Y. , Garau M. , Garcia Martin L. M. , Garcia Moreno P. , García Pardiñas J. , Garcia Plana B. , Garcia Rosales F. A. , Garrido L. , Gaspar C. , Geertsema R. E. , Gerick D. , Gerken L. L. , Gersabeck E. , Gersabeck M. , Gershon T. , Giambastiani L. , Gibson V. , Giemza H. K. , Gilman A. L. , Giovannetti M. , Gioventù A. , Gironella Gironell P. , Giugliano C. , Giza M. A. , Gizdov K. , Gkougkousis E. L. , Gligorov V. V. , Göbel C. , Golobardes E. , Golubkov D. , Golutvin A. , Gomes A. , Gomez Fernandez S. , Goncalves Abrantes F. , Goncerz M. , Gong G. , Gorelov I. V. , Gotti C. , Grabowski J. P. , Grammatico T. , Granado Cardoso L. A. , Graugés E. , Graverini E. , Graziani G. , Grecu A. T. , Greeven L. M. , Grieser N. A. , Grillo L. , Gromov S. , Gruberg Cazon B. R. , Gu C. , Guarise M. , Guittiere M. , Günther P. A. , Gushchin E. , Guth A. , Guz Y. , Gys T. , Hadavizadeh T. , Hadjivasiliou C. , Haefeli G. , Haen C. , Haimberger J. , Haines S. C. , Halewood-leagas T. , Halvorsen M. M. , Hamilton P. M. , Hammerich J. , Han Q. , Han X. , Hancock T. H. , Hansmann-Menzemer S. , Hao L. , Harnew N. , Harrison T. , Hasse C. , Hatch M. , He J. , Heijhoff K. , Hemmer F. , Henderson C. , Henderson R. D. L. , Hennequin A. M. , Hennessy K. , Henry L. , Herd J. , Heuel J. , Hicheur A. , Hill D. , Hilton M. , Hollitt S. E. , Horswill J. , Hou R. , Hou Y. , Hu J. , Hu J. , Hu W. , Hu X. , Huang W. , Huang X. , Hulsbergen W. , Hunter R. J. , Hushchyn M. , Hutchcroft D. , Ibis P. , Idzik M. , Ilin D. , Ilten P. , Inglessi A. , Iniukhin A. , Ishteev A. , Ivshin K. , Jacobsson R. , Jage H. , Jaimes Elles S. J. , Jakobsen S. , Jans E. , Jashal B. K. , Jawahery A. , Jevtic V. , Jiang E. , Jiang X. , Jiang Y. , John M. , Johnson D. , Jones C. R. , Jones T. P. , Joshi S. , Jost B. , Jurik N. , Juszczak I. , Kandybei S. , Kang Y. , Karacson M. , Karpenkov D. , Karpov M. , Kautz J. W. , Keizer F. , Keller D. M. , Kenzie M. , Ketel T. , Khanji B. , Kharisova A. , Kholodenko S. , Khreich G. , Kirn T. , Kirsebom V. S. , Kitouni O. , Klaver S. , Kleijne N. , Klimaszewski K. , Kmiec M. R. , Koliiev S. , Kolk L. , Kondybayeva A. , Konoplyannikov A. , Kopciewicz P. , Kopecna R. , Koppenburg P. , Korolev M. , Kostiuk I. , Kot O. , Kotriakhova S. , Kozachuk A. , Kravchenko P. , Kravchuk L. , Kreps M. , Kretzschmar S. , Krokovny P. , Krupa W. , Krzemien W. , Kubat J. , Kubis S. , Kucewicz W. , Kucharczyk M. , Kudryavtsev V. , Kulikova E. , Kupsc A. , Lacarrere D. , Lafferty G. , Lai A. , Lampis A. , Lancierini D. , Landesa Gomez C. , Lane J. J. , Lane R. , Langenbruch C. , Langer J. , Lantwin O. , Latham T. , Lazzari F. , Lazzeroni C. , Le Gac R. , Lee S. H. , Lefèvre R. , Leflat A. , Legotin S. , Lenisa P. , Leroy O. , Lesiak T. , Leverington B. , Li A. , Li H. , Li K. , Li P. , Li P.-R. , Li S. , Li T. , Li T. , Li Y. , Li Z. , Liang X. , Lin C. , Lin T. , Lindner R. , Lisovskyi V. , Litvinov R. , Liu G. , Liu H. , Liu K. , Liu Q. , Liu S. , Lobo Salvia A. , Loi A. , Lollini R. , Lomba Castro J. , Longstaff I. , Lopes J. H. , Lopez Huertas A. , López Soliño S. , Lovell G. H. , Lu Y. , Lucarelli C. , Lucchesi D. , Luchuk S. , Lucio Martinez M. , Lukashenko V. , Luo Y. , Lupato A. , Luppi E. , Lusiani A. , Lynch K. , Lyu X.-R. , Ma R. , Maccolini S. , Machefert F. , Maciuc F. , Mackay I. , Macko V. , Madhan Mohan L. R. , Maevskiy A. , Maisuzenko D. , Majewski M. W. , Malczewski J. J. , Malde S. , Malecki B. , Malinin A. , Maltsev T. , Manca G. , Mancinelli G. , Mancuso C. , Manera Escalero R. , Manuzzi D. , Manzari C. A. , Marangotto D. , Marchand J. F. , Marconi U. , Mariani S. , Marin Benito C. , Marks J. , Marshall A. M. , Marshall P. J. , Martelli G. , Martellotti G. , Martinazzoli L. , Martinelli M. , Martinez Santos D. , Martinez Vidal F. , Massafferri A. , Materok M. , Matev R. , Mathad A. , Matiunin V. , Matteuzzi C. , Mattioli K. R. , Mauri A. , Maurice E. , Mauricio J. , Mazurek M. , McCann M. , Mcconnell L. , McGrath T. H. , McHugh N. T. , McNab A. , McNulty R. , Meadows B. , Meier G. , Melnychuk D. , Meloni S. , Merk M. , Merli A. , Meyer Garcia L. , Miao D. , Miao H. , Mikhasenko M. , Milanes D. A. , Millard E. , Milovanovic M. , Minard M.-N. , Minotti A. , Minucci E. , Miralles T. , Mitchell S. E. , Mitreska B. , Mitzel D. S. , Modak A. , Mödden A. , Mohammed R. A. , Moise R. D. , Mokhnenko S. , Mombächer T. , Monk M. , Monroy I. A. , Monteil S. , Morello G. , Morello M. J. , Morgenthaler M. P. , Moron J. , Morris A. B. , Morris A. G. , Mountain R. , Mu H. , Muhammad E. , Muheim F. , Mulder M. , Müller K. , Murphy C. H. , Murray D. , Murta R. , Muzzetto P. , Naik P. , Nakada T. , Nandakumar R. , Nanut T. , Nasteva I. , Needham M. , Neri N. , Neubert S. , Neufeld N. , Neustroev P. , Newcombe R. , Nicolini J. , Nicotra D. , Niel E. M. , Nieswand S. , Nikitin N. , Nolte N. S. , Normand C. , Novoa Fernandez J. , Nowak G. , Nunez C. , Oblakowska-Mucha A. , Obraztsov V. , Oeser T. , Okamura S. , Oldeman R. , Oliva F. , Onderwater C. J. G. , O’Neil R. H. , Otalora Goicochea J. M. , Ovsiannikova T. , Owen P. , Oyanguren A. , Ozcelik O. , Padeken K. O. , Pagare B. , Pais P. R. , Pajero T. , Palano A. , Palutan M. , Panshin G. , Paolucci L. , Papanestis A. , Pappagallo M. , Pappalardo L. L. , Pappenheimer C. , Parker W. , Parkes C. , Passalacqua B. , Passaleva G. , Pastore A. , Patel M. , Patrignani C. , Pawley C. J. , Pellegrino A. , Pepe Altarelli M. , Perazzini S. , Pereima D. , Pereiro Castro A. , Perret P. , Petridis K. , Petrolini A. , Petrucci S. , Petruzzo M. , Pham H. , Philippov A. , Piandani R. , Pica L. , Piccini M. , Pietrzyk B. , Pietrzyk G. , Pili M. , Pinci D. , Pisani F. , Pizzichemi M. , Placinta V. , Plews J. , Plo Casasus M. , Polci F. , Poli Lener M. , Poluektov A. , Polukhina N. , Polyakov I. , Polycarpo E. , Ponce S. , Popov D. , Poslavskii S. , Prasanth K. , Promberger L. , Prouve C. , Pugatch V. , Puill V. , Punzi G. , Qi H. R. , Qian W. , Qin N. , Qu S. , Quagliani R. , Raab N. V. , Rachwal B. , Rademacker J. H. , Rajagopalan R. , Rama M. , Ramos Pernas M. , Rangel M. S. , Ratnikov F. , Raven G. , Rebollo De Miguel M. , Redi F. , Reich J. , Reiss F. , Remon Alepuz C. , Ren Z. , Resmi P. K. , Ribatti R. , Ricci A. M. , Ricciardi S. , Richardson K. , Richardson-Slipper M. , Rinnert K. , Robbe P. , Robertson G. , Rodrigues E. , Rodriguez Fernandez E. , Rodriguez Lopez J. A. , Rodriguez Rodriguez E. , Rolf D. L. , Rollings A. , Roloff P. , Romanovskiy V. , Romero Lamas M. , Romero Vidal A. , Roth J. D. , Rotondo M. , Rudolph M. S. , Ruf T. , Ruiz Fernandez R. A. , Ruiz Vidal J. , Ryzhikov A. , Ryzka J. , Saborido Silva J. J. , Sagidova N. , Sahoo N. , Saitta B. , Salomoni M. , Sanchez Gras C. , Sanderswood I. , Santacesaria R. , Santamarina Rios C. , Santimaria M. , Santovetti E. , Saranin D. , Sarpis G. , Sarpis M. , Sarti A. , Satriano C. , Satta A. , Saur M. , Savrina D. , Sazak H. , Scantlebury Smead L. G. , Scarabotto A. , Schael S. , Scherl S. , Schertz A. M. , Schiller M. , Schindler H. , Schmelling M. , Schmidt B. , Schmitt S. , Schneider O. , Schopper A. , Schubiger M. , Schulte N. , Schulte S. , Schune M. H. , Schwemmer R. , Sciascia B. , Sciuccati A. , Sellam S. , Semennikov A. , Senghi Soares M. , Sergi A. , Serra N. , Sestini L. , Seuthe A. , Shang Y. , Shangase D. M. , Shapkin M. , Shchemerov I. , Shchutska L. , Shears T. , Shekhtman L. , Shen Z. , Sheng S. , Shevchenko V. , Shi B. , Shields E. B. , Shimizu Y. , Shmanin E. , Shorkin R. , Shupperd J. D. , Siddi B. G. , Silva Coutinho R. , Simi G. , Simone S. , Singla M. , Skidmore N. , Skuza R. , Skwarnicki T. , Slater M. W. , Smallwood J. C. , Smeaton J. G. , Smith E. , Smith K. , Smith M. , Snoch A. , Soares Lavra L. , Sokoloff M. D. , Soler F. J. P. , Solomin A. , Solovev A. , Solovyev I. , Song R. , Souza De Almeida F. L. , Souza De Paula B. , Spaan B. , Spadaro Norella E. , Spedicato E. , Speer J. G. , Spiridenkov E. , Spradlin P. , Sriskaran V. , Stagni F. , Stahl M. , Stahl S. , Stanislaus S. , Stein E. N. , Steinkamp O. , Stenyakin O. , Stevens H. , Strekalina D. , Su Y. , Suljik F. , Sun J. , Sun L. , Sun Y. , Swallow P. N. , Swientek K. , Szabelski A. , Szumlak T. , Szymanski M. , Tan Y. , Taneja S. , Tat M. D. , Terentev A. , Teubert F. , Thomas E. , Thompson D. J. D. , Tilquin H. , Tisserand V. , T’Jampens S. , Tobin M. , Tomassetti L. , Tonani G. , Tong X. , Torres Machado D. , Tou D. Y. , Trippl C. , Tuci G. , Tuning N. , Ukleja A. , Unverzagt D. J. , Usachov A. , Ustyuzhanin A. , Uwer U. , Vagnoni V. , Valassi A. , Valenti G. , Valls Canudas N. , Van Dijk M. , Van Hecke H. , van Herwijnen E. , Van Hulse C. B. , van Veghel M. , Vazquez Gomez R. , Vazquez Regueiro P. , Vázquez Sierra C. , Vecchi S. , Velthuis J. J. , Veltri M. , Venkateswaran A. , Veronesi M. , Vesterinen M. , Vieira D. , Vieites Diaz M. , Vilasis-Cardona X. , Vilella Figueras E. , Villa A. , Vincent P. , Volle F. C. , vom Bruch D. , Vorobyev V. , Voropaev N. , Vos K. , Vrahas C. , Walsh J. , Walton E. J. , Wan G. , Wang C. , Wang G. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang J. , Wang M. , Wang R. , Wang X. , Wang Y. , Wang Z. , Wang Z. , Wang Z. , Ward J. A. , Watson N. K. , Websdale D. , Wei Y. , Westhenry B. D. C. , White D. J. , Whitehead M. , Wiederhold A. R. , Wiedner D. , Wilkinson G. , Wilkinson M. K. , Williams I. , Williams M. , Williams M. R. J. , Williams R. , Wilson F. F. , Wislicki W. , Witek M. , Witola L. , Wong C. P. , Wormser G. , Wotton S. A. , Wu H. , Wu J. , Wyllie K. , Xiang Z. , Xie Y. , Xu A. , Xu J. , Xu L. , Xu L. , Xu M. , Xu Q. , Xu Z. , Xu Z. , Yang D. , Yang S. , Yang X. , Yang Y. , Yang Z. , Yang Z. , Yeomans L. E. , Yeroshenko V. , Yeung H. , Yin H. , Yu J. , Yuan X. , Zaffaroni E. , Zavertyaev M. , Zdybal M. , Zeng M. , Zhang C. , Zhang D. , Zhang L. , Zhang S. , Zhang S. , Zhang Y. , Zhang Y. , Zhao Y. , Zharkova A. , Zhelezov A. , Zheng Y. , Zhou T. , Zhou X. , Zhou Y. , Zhovkovska V. , Zhu X. , Zhu X. , Zhu Z. , Zhukov V. , Zou Q. , Zucchelli S. , Zuliani D. , Zunica G. 
Published: February 2024

Abstract

A search for rare B → Dμ+μ− decays is performed using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb−1. No significant signals are observed in the non-resonant μ+μ− modes, and upper limits of $$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {\overline{D}}^0{\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)<5.1\times {10}^{-8} $$
B

B
0

→

D
¯

0

μ
+

μ
−

<
5.1
×

10

−
8

, $$ \mathcal{B}\left({B}^{+}\to {D}_s^{+}{\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)<3.2\times {10}^{-8} $$
B

B
+

→

D
s
+

μ
+

μ
−

<
3.2
×

10

−
8

, $$ \mathcal{B}\left({B}_s^0\to {\overline{D}}^0{\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)<1.6\times {10}^{-7} $$
B

B
s
0

→

D
¯

0

μ
+

μ
−

<
1.6
×

10

−
7

and $$ {f}_c/{f}_u\cdotp \mathcal{B}\left({B}_c^{+}\to {D}_s^{+}{\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)<9.6\times {10}^{-8} $$

f
c

/

f
u

·
B

B
c
+

→

D
s
+

μ
+

μ
−

<
9.6
×

10

−
8

are set at the 95 % confidence level, where fc and fu are the fragmentation fractions of a B meson with a c and u quark respectively in proton-proton collisions. Each result is either the first such measurement or an improvement by three orders of magnitude on an existing limit. Separate upper limits are calculated when the muon pair originates from a J/ψ → μ+μ− decay. The branching fraction of $$ {B}_c^{+}\to {D}_s^{+}J/\psi $$

B
c
+

→

D
s
+

J
/
ψ
multiplied by the fragmentation-fraction ratio is measured to be$$ \frac{f_c}{f_u}\cdotp \mathcal{B}\left({B}_c^{+}\to {D}_s^{+}J/\psi \right)=\left(1.63\pm 0.15\pm 0.13\right)\times {10}^{-5}, $$

f
c

f
u

·
B

B
c
+

→

D
s
+

J
/
ψ

=

1.63
±
0.15
±
0.13

×

10

−
5

,

where the first uncertainty is statistical and the second systematic.