Test of light-lepton universality in τ decays with the Belle II experiment
Authors:   The Belle II collaboration, Adachi I. , Adamczyk K. , Aggarwal L. , Aihara H. , Akopov N. , Aloisio A. , Anh Ky N. , Asner D. M. , Atmacan H. , Aushev V. , Aversano M. , Ayad R. , Babu V. , Bae H. , Bahinipati S. , Bambade P. , Banerjee Sw. , Bansal S. , Barrett M. , Baudot J. , Baur A. , Beaubien A. , Becherer F. , Becker J. , Bennett J. V. , Bernlochner F. U. , Bertacchi V. , Bertemes M. , Bertholet E. , Bessner M. , Bettarini S. , Bianchi F. , Bierwirth L. , Bilka T. , Bilokin S. , Biswas D. , Bobrov A. , Bodrov D. , Bolz A. , Borah J. , Boschetti A. , Bozek A. , Bračko M. , Branchini P. , Browder T. E. , Budano A. , Bussino S. , Campajola M. , Cao L. , Casarosa G. , Cecchi C. , Cerasoli J. , Chang M.-C. , Chang P. , Cheaib R. , Cheema P. , Cheon B. G. , Chilikin K. , Chirapatpimol K. , Cho H.-E. , Cho K. , Cho S.-J. , Choi S.-K. , Choudhury S. , Corona L. , Cui J. X. , Das S. , Dattola F. , De La Cruz-Burelo E. , De La Motte S. A. , de Marino G. , De Nardo G. , De Nuccio M. , De Pietro G. , de Sangro R. , Destefanis M. , Dey S. , Dhamija R. , Di Canto A. , Di Capua F. , Dingfelder J. , Doležal Z. , Domínguez Jiménez I. , Dong T. V. , Dorigo M. , Dorner D. , Dort K. , Dossett D. , Dreyer S. , Dubey S. , Dugic K. , Dujany G. , Ecker P. , Eliachevitch M. , Epifanov D. , Feichtinger P. , Ferber T. , Ferlewicz D. , Fillinger T. , Finck C. , Finocchiaro G. , Fodor A. , Forti F. , Frey A. , Fulsom B. G. , Gabrielli A. , Ganiev E. , Garcia-Hernandez M. , Gaudino G. , Gaur V. , Gaz A. , Gellrich A. , Ghevondyan G. , Ghosh D. , Ghumaryan H. , Giakoustidis G. , Giordano R. , Giri A. , Glazov A. , Gobbo B. , Godang R. , Gogota O. , Goldenzweig P. , Gradl W. , Grammatico T. , Granderath S. , Graziani E. , Greenwald D. , Gruberová Z. , Gu T. , Guan Y. , Gudkova K. , Han Y. , Hara T. , Hayasaka K. , Hayashii H. , Hazra S. , Hearty C. , Hedges M. T. , Heidelbach A. , Heredia de la Cruz I. , Hernández Villanueva M. , Higuchi T. , Hoek M. , Hohmann M. , Horak P. , Hsu C.-L. , Humair T. , Iijima T. , Inami K. , Inguglia G. , Ipsita N. , Ishikawa A. , Itoh R. , Iwasaki M. , Jacobs W. W. , Jaffe D. E. , Jang E.-J. , Ji Q. P. , Jia S. , Jin Y. , Junkerkalefeld H. , Kaleta M. , Kalita D. , Kaliyar A. B. , Kandra J. , Kang S. , Karyan G. , Kawasaki T. , Keil F. , Kiesling C. , Kim C.-H. , Kim D. Y. , Kim K.-H. , Kim Y.-K. , Kindo H. , Kinoshita K. , Kodyš P. , Koga T. , Kohani S. , Kojima K. , Konno T. , Korobov A. , Korpar S. , Kovalenko E. , Kowalewski R. , Kraetzschmar T. M. G. , Križan P. , Krokovny P. , Kuhr T. , Kulii Y. , Kumar J. , Kumar M. , Kumara K. , Kunigo T. , Kuzmin A. , Kwon Y.-J. , Lacaprara S. , Lai Y.-T. , Lalwani K. , Lam T. , Lanceri L. , Lange J. S. , Laurenza M. , Lautenbach K. , Leboucher R. , Le Diberder F. R. , Lee M. J. , Leo P. , Lemettais C. , Levit D. , Lewis P. M. , Li C. , Li L. K. , Li S. X. , Li Y. , Li Y. B. , Libby J. , Liptak Z. , Liu M. H. , Liu Q. Y. , Liu Y. , Liu Z. Q. , Liventsev D. , Longo S. , Lueck T. , Lyu C. , Ma Y. , Maggiora M. , Maharana S. P. , Maiti R. , Maity S. , Mancinelli G. , Manfredi R. , Manoni E. , Mantovano M. , Marcantonio D. , Marcello S. , Marinas C. , Martellini C. , Martini A. , Martinov T. , Massaccesi L. , Masuda M. , Matsuoka K. , Matvienko D. , Maurya S. K. , McKenna J. A. , Mehta R. , Meier F. , Merola M. , Metzner F. , Miller C. , Mirra M. , Mitra S. , Miyabayashi K. , Miyake H. , Mizuk R. , Mohanty G. B. , Mondal S. , Moneta S. , Moser H.-G. , Mrvar M. , Mussa R. , Nakamura I. , Nakamura K. R. , Nakao M. , Nakazawa H. , Nakazawa Y. , Narimani Charan A. , Naruki M. , Narwal D. , Natkaniec Z. , Natochii A. , Nayak L. , Nayak M. , Nazaryan G. , Neu M. , Niebuhr C. , Ninkovic J. , Nishida S. , Novosel A. , Ogawa S. , Onishchuk Y. , Ono H. , Otani F. , Pakhlov P. , Pakhlova G. , Panta A. , Pardi S. , Parham K. , Park H. , Park S.-H. , Paschen B. , Passeri A. , Patra S. , Pedlar T. K. , Peschke R. , Pestotnik R. , Piccolo M. , Piilonen L. E. , Pinna Angioni G. , Podesta-Lerma P. L. M. , Podobnik T. , Pokharel S. , Praz C. , Prell S. , Prencipe E. , Prim M. T. , Prudiiev I. , Purwar H. , Rados P. , Raeuber G. , Raiz S. , Rauls N. , Reif M. , Reiter S. , Remnev M. , Ripp-Baudot I. , Rizzo G. , Robertson S. H. , Roehrken M. , Roney J. M. , Rostomyan A. , Rout N. , Russo G. , Sanders D. A. , Sandilya S. , Santelj L. , Sato Y. , Savinov V. , Scavino B. , Schmitt C. , Schwanda C. , Schwickardi M. , Seino Y. , Selce A. , Senyo K. , Serrano J. , Sevior M. E. , Sfienti C. , Shan W. , Shi X. D. , Shillington T. , Shiu J.-G. , Shtol D. , Shwartz B. , Sibidanov A. , Simon F. , Singh J. B. , Skorupa J. , Sobie R. J. , Sobotzik M. , Soffer A. , Sokolov A. , Solovieva E. , Spataro S. , Spruck B. , Starič M. , Stavroulakis P. , Stefkova S. , Stroili R. , Sue Y. , Sumihama M. , Sumisawa K. , Sutcliffe W. , Suwonjandee N. , Svidras H. , Takahashi M. , Takizawa M. , Tamponi U. , Tanaka S. , Tanida K. , Tenchini F. , Thaller A. , Tittel O. , Tiwary R. , Tonelli D. , Torassa E. , Trabelsi K. , Tsaklidis I. , Uchida M. , Ueda I. , Uglov T. , Unger K. , Unno Y. , Uno K. , Uno S. , Urquijo P. , Ushiroda Y. , Vahsen S. E. , van Tonder R. , Varvell K. E. , Veronesi M. , Vinokurova A. , Vismaya V. S. , Vitale L. , Vobbilisetti V. , Volpe R. , Wach B. , Wakai M. , Wallner S. , Wang E. , Wang M.-Z. , Wang X. L. , Wang Z. , Warburton A. , Watanabe M. , Watanuki S. , Wessel C. , Won E. , Xu X. P. , Yabsley B. D. , Yamada S. , Yan W. , Yang S. B. , Yelton J. , Yin J. H. , Yoshihara K. , Yuan C. Z. , Yusa Y. , Zani L. , Zeng F. , Zhang B. , Zhang Y. , Zhilich V. , Zhou Q. D. , Zhou X. Y. , Zhukova V. I. , Žlebčík R. 
Published: August 2024

Abstract

We present a measurement of the ratio $$ {R}_{\mu }=\mathcal{B}\left({\tau}^{-}\to {\mu}^{-}{\overline{\nu}}_{\mu }{\nu}_{\tau}\right)/\mathcal{B}\left({\tau}^{-}\to {e}^{-}{\overline{\nu}}_e{\nu}_{\tau}\right) $$

R
μ

=
B

τ
−

→

μ
−

ν
¯

μ

ν
τ

/
B

τ
−

→

e
−

ν
¯

e

ν
τ

of branching fractions $$ \mathcal{B} $$
B
of the τ lepton decaying to muons or electrons using data collected with the Belle II detector at the SuperKEKB e+e− collider. The sample has an integrated luminosity of 362 ± 2 fb−1 at a centre-of-mass energy of 10.58 GeV. Using an optimised event selection, a binned maximum likelihood fit is performed using the momentum spectra of the electron and muon candidates. The result, Rμ = 0.9675 ± 0.0007 ± 0.0036, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic, is the most precise to date. It provides a stringent test of the light-lepton universality, translating to a ratio of the couplings of the muon and electron to the W boson in τ decays of 0.9974 ± 0.0019, in agreement with the standard model expectation of unity.