The standard model of particle physics currently provides our best description of fundamental particles and their interactions. The theory predicts that the different charged leptons, the electron, muon and tau, have identical electroweak interaction strengths. Previous measurements have shown that a wide range of particle decays are consistent with this principle of lepton universality. This article presents evidence for the breaking of lepton universality in beauty-quark decays, with a significance of 3.1 standard deviations, based on proton–proton collision data collected with the LHCb detector at CERN’s Large Hadron Collider. The measurements are of processes in which a beauty meson transforms into a strange meson with the emission of either an electron and a positron, or a muon and an antimuon. If confirmed by future measurements, this violation of lepton universality would imply physics beyond the standard model, such as a new fundamental interaction between quarks and leptons.

Test of lepton universality in beauty-quark decays / R. Aaij, C.A. Beteta, T. Ackernley, B. Adeva, M. Adinolfi, H. Afsharnia, C.A. Aidala, S. Aiola, Z. Ajaltouni, S. Akar, J. Albrecht, F. Alessio, M. Alexander, A.A. Albero, Z. Aliouche, G. Alkhazov, P.A. Cartelle, S. Amato, Y. Amhis, L. An, L. Anderlini, A. Andreianov, M. Andreotti, F. Archilli, A. Artamonov, M. Artuso, K. Arzymatov, E. Aslanides, M. Atzeni, B. Audurier, S. Bachmann, M. Bachmayer, J.J. Back, P.B. Rodriguez, V. Balagura, W. Baldini, J.B. Leite, R.J. Barlow, S. Barsuk, W. Barter, M. Bartolini, F. Baryshnikov, J.M. Basels, G. Bassi, B. Batsukh, A. Battig, A. Bay, M. Becker, F. Bedeschi, I. Bediaga, A. Beiter, V. Belavin, S. Belin, V. Bellee, K. Belous, I. Belov, I. Belyaev, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, A. Berezhnoy, R. Bernet, D. Berninghoff, H.C. Bernstein, C. Bertella, A. Bertolin, C. Betancourt, F. Betti, I. Bezshyiko, S. Bhasin, J. Bhom, L. Bian, M.S. Bieker, S. Bifani, P. Billoir, M. Birch, F.C.R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, M. Bjørn, M.P. Blago, T. Blake, F. Blanc, S. Blusk, D. Bobulska, J.A. Boelhauve, O.B. Garcia, T. Boettcher, A. Boldyrev, A. Bondar, N. Bondar, S. Borghi, M. Borisyak, M. Borsato, J.T. Borsuk, S.A. Bouchiba, T.J.V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, M.J. Bradley, S. Braun, A.B. Rodriguez, M. Brodski, J. Brodzicka, A.B. Gonzalo, D. Brundu, A. Buonaura, C. Burr, A. Bursche, A. Butkevich, J.S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, R. Calabrese, L. Calefice, L.C. Diaz, S. Cali, R. Calladine, M. Calvi, M.C. Gomez, P.C. Magalhaes, A. Camboni, P. Campana, A.F.C. Quezada, S. Capelli, L. Capriotti, A. Carbone, G. Carboni, R. Cardinale, A. Cardini, I. Carli, P. Carniti, L. Carus, K.C. Akiba, A.C. Vidal, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, S. Celani, J. Cerasoli, A.J. Chadwick, M.G. Chapman, M. Charles, P. Charpentier, G. Chatzikonstantinidis, C.A.C. Barajas, M. Chefdeville, C. Chen, S. Chen, A. Chernov, V. Chobanova, S. Cholak, M. Chrzaszcz, A. Chubykin, V. Chulikov, P. Ciambrone, M.F. Cicala, X.C. Vidal, G. Ciezarek, P.E.L. Clarke, M. Clemencic, H.V. Cliff, J. Closier, J.L. Cobbledick, V. Coco, J.A.B. Coelho, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, P. Collins, T. Colombo, L. Congedo, A. Contu, N. Cooke, G. Coombs, G. Corti, C.M.C. Sobral, B. Couturier, D.C. Craik, J. Crkovská, M.C. Torres, R. Currie, C.L. Da Silva, E. Dall’Occo, J. Dalseno, C. D’Ambrosio, A. Danilina, P. D’Argent, A. Davis, O. De Aguiar Francisco, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, J.M. De Miranda, L. De Paula, M. De Serio, D. De Simone, P. De Simone, J.A. de Vries, C.T. Dean, D. Decamp, L. Del Buono, B. Delaney, H.-. Dembinski, A. Dendek, V. Denysenko, D. Derkach, O. Deschamps, F. Desse, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, S. Didenko, L.D. Maronas, H. Dijkstra, V. Dobishuk, A.M. Donohoe, F. Dordei, A.C. dos Reis, L. Douglas, A. Dovbnya, A.G. Downes, K. Dreimanis, M.W. Dudek, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, J.M. Durham, D. Dutta, A. Dziurda, A. Dzyuba, S. Easo, U. Egede, V. Egorychev, S. Eidelman, S. Eisenhardt, S. Ek-In, L. Eklund, S. Ely, A. Ene, E. Epple, S. Escher, J. Eschle, S. Esen, T. Evans, A. Falabella, J. Fan, Y. Fan, B. Fang, S. Farry, D. Fazzini, M. Féo, A.F. Prieto, J.M.F. Arribas, A.D. Fernez, F. Ferrari, L.F. Lopes, F.F. Rodrigues, S.F. Sole, M. Ferrillo, M. Ferro-Luzzi, S. Filippov, R.A. Fini, M. Fiorini, M. Firlej, K.M. Fischer, D.S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, M. Fontana, F. Fontanelli, R. Forty, V.F. Lima, M.F. Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D.A. Friday, J. Fu, Q. Fuehring, W. Funk, E. Gabriel, T. Gaintseva, A.G. Torreira, D. Galli, S. Gambetta, Y. Gan, M. Gandelman, P. Gandini, Y. Gao, M. Garau, L.M.G. Martin, P.G. Moreno, J.G. Pardiñas, B.G. Plana, F.A.G. Rosales, L. Garrido, C. Gaspar, R.E. Geertsema, D. Gerick, L.L. Gerken, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, D. Gerstel, P. Ghez, V. Gibson, H.K. Giemza, M. Giovannetti, A. Gioventù, P.G. Gironell, L. Giubega, C. Giugliano, K. Gizdov, E.L. Gkougkousis, V.V. Gligorov, C. Göbel, E. Golobardes, D. Golubkov, A. Golutvin, A. Gomes, S.G. Fernandez, F.G. Abrantes, M. Goncerz, G. Gong, P. Gorbounov, I.V. Gorelov, C. Gotti, E. Govorkova, J.P. Grabowski, T. Grammatico, L.A.G. Cardoso, E. Graugés, E. Graverini, G. Graziani, A. Grecu, L.M. Greeven, P. Griffith, L. Grillo, S. Gromov, B.R.G. Cazon, C. Gu, M. Guarise, P.A. Günther, E. Gushchin, A. Guth, Y. Guz, T. Gys, T. Hadavizadeh, G. Haefeli, C. Haen, J. Haimberger, T. Halewood-leagas, P.M. Hamilton, J.P. Hammerich, Q. Han, X. Han, T.H. Hancock, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, T. Harrison, C. Hasse, M. Hatch, J. He, M. Hecker, K. Heijhoff, K. Heinicke, A.M. Hennequin, K. Hennessy, L. Henry, J. Heuel, A. Hicheur, D. Hill, M. Hilton, S.E. Hollitt, J. Hu, J. Hu, W. Hu, W. Huang, X. Huang, W. Hulsbergen, R.J. Hunter, M. Hushchyn, D. Hutchcroft, D. Hynds, P. Ibis, M. Idzik, D. Ilin, P. Ilten, A. Inglessi, A. Ishteev, K. Ivshin, R. Jacobsson, S. Jakobsen, E. Jans, B.K. Jashal, A. Jawahery, V. Jevtic, M. Jezabek, F. Jiang, M. John, D. Johnson, C.R. Jones, T.P. Jones, B. Jost, N. Jurik, S. Kandybei, Y. Kang, M. Karacson, M. Karpov, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, A. Kharisova, S. Kholodenko, T. Kirn, V.S. Kirsebom, O. Kitouni, S. Klaver, K. Klimaszewski, S. Koliiev, A. Kondybayeva, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, R. Kopecna, P. Koppenburg, M. Korolev, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, P. Kravchenko, L. Kravchuk, R.D. Krawczyk, M. Kreps, F. Kress, S. Kretzschmar, P. Krokovny, W. Krupa, W. Krzemien, W. Kucewicz, M. Kucharczyk, V. Kudryavtsev, H.S. Kuindersma, G.J. Kunde, T. Kvaratskheliya, D. Lacarrere, G. Lafferty, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, J.J. Lane, R. Lane, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, J. Langer, O. Lantwin, T. Latham, F. Lazzari, R. Le Gac, S.H. Lee, R. Lefèvre, A. Leflat, S. Legotin, O. Leroy, T. Lesiak, B. Leverington, H. Li, L. Li, P. Li, S. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Li, X. Liang, T. Lin, R. Lindner, V. Lisovskyi, R. Litvinov, G. Liu, H. Liu, S. Liu, X. Liu, A. Loi, J.L. Castro, I. Longstaff, J.H. Lopes, G.H. Lovell, Y. Lu, D. Lucchesi, S. Luchuk, M.L. Martinez, V. Lukashenko, Y. Luo, A. Lupato, E. Luppi, O. Lupton, A. Lusiani, X. Lyu, L. Ma, R. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, V. Macko, P. Mackowiak, S. Maddrell-Mander, O. Madejczyk, L.R.M. Mohan, O. Maev, A. Maevskiy, D. Maisuzenko, M.W. Majewski, J.J. Malczewski, S. Malde, B. Malecki, A. Malinin, T. Maltsev, H. Malygina, G. Manca, G. Mancinelli, D. Manuzzi, D. Marangotto, J. Maratas, J.F. Marchand, U. Marconi, S. Mariani, C.M. Benito, M. Marinangeli, J. Marks, A.M. Marshall, P.J. Marshall, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, D.M. Santos, F.M. Vidal, A. Massafferri, M. Materok, R. Matev, A. Mathad, Z. Mathe, V. Matiunin, C. Matteuzzi, K.R. Mattioli, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, M. Mazurek, M. Mccann, L. Mcconnell, T.H. Mcgrath, A. Mcnab, R. Mcnulty, J.V. Mead, B. Meadows, C. Meaux, G. Meier, N. Meinert, D. Melnychuk, S. Meloni, M. Merk, A. Merli, L.M. Garcia, M. Mikhasenko, D.A. Milanes, E. Millard, M. Milovanovic, M.-. Minard, A. Minotti, L. Minzoni, S.E. Mitchell, B. Mitreska, D.S. Mitzel, A. Mödden, R.A. Mohammed, R.D. Moise, T. Mombächer, I.A. Monroy, S. Monteil, M. Morandin, G. Morello, M.J. Morello, J. Moron, A.B. Morris, A.G. Morris, R. Mountain, H. Mu, F. Muheim, M. Mulder, D. Müller, K. Müller, C.H. Murphy, D. Murray, P. Muzzetto, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, T. Nanut, I. Nasteva, M. Needham, I. Neri, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, R. Newcombe, T.D. Nguyen, C. Nguyen-Mau, E.M. Niel, S. Nieswand, N. Nikitin, N.S. Nolte, C. Nunez, A. Oblakowska-Mucha, V. Obraztsov, D.P. O’Hanlon, R. Oldeman, M.E. Olivares, C.J.G. Onderwater, A. Ossowska, J.M.O. Goicochea, T. Ovsiannikova, P. Owen, A. Oyanguren, B. Pagare, P.R. Pais, T. Pajero, A. Palano, M. Palutan, Y. Pan, G. Panshin, A. Papanestis, M. Pappagallo, L.L. Pappalardo, C. Pappenheimer, W. Parker, C. Parkes, C.J. Parkinson, B. Passalacqua, G. Passaleva, A. Pastore, M. Patel, C. Patrignani, C.J. Pawley, A. Pearce, A. Pellegrino, M.P. Altarelli, S. Perazzini, D. Pereima, P. Perret, M. Petric, K. Petridis, A. Petrolini, A. Petrov, S. Petrucci, M. Petruzzo, T.T.H. Pham, A. Philippov, L. Pica, M. Piccini, B. Pietrzyk, G. Pietrzyk, M. Pili, D. Pinci, F. Pisani, P.K. Resmi, V. Placinta, J. Plews, M.P. Casasus, F. Polci, M.P. Lener, M. Poliakova, A. Poluektov, N. Polukhina, I. Polyakov, E. Polycarpo, G.J. Pomery, S. Ponce, D. Popov, S. Popov, S. Poslavskii, K. Prasanth, L. Promberger, C. Prouve, V. Pugatch, H. Pullen, G. Punzi, W. Qian, J. Qin, R. Quagliani, B. Quintana, N.V. Raab, R.I.R. Trejo, B. Rachwal, J.H. Rademacker, M. Rama, M.R. Pernas, M.S. Rangel, F. Ratnikov, G. Raven, M. Reboud, F. Redi, F. Reiss, C.R. Alepuz, Z. Ren, V. Renaudin, R. Ribatti, S. Ricciardi, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, A.B. Rodrigues, E. Rodrigues, J.A.R. Lopez, A. Rollings, P. Roloff, V. Romanovskiy, M.R. Lamas, A.R. Vidal, J.D. Roth, M. Rotondo, M.S. Rudolph, T. Ruf, J.R. Vidal, A. Ryzhikov, J. Ryzka, J.J.S. Silva, N. Sagidova, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, D.S. Gonzalo, C.S. Gras, R. Santacesaria, C.S. Rios, M. Santimaria, E. Santovetti, D. Saranin, G. Sarpis, M. Sarpis, A. Sarti, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, D. Savrina, H. Sazak, L.G.S. Smead, S. Schael, M. Schellenberg, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, O. Schneider, A. Schopper, M. Schubiger, S. Schulte, M.H. Schune, R. Schwemmer, B. Sciascia, S. Sellam, A. Semennikov, M.S. Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, A. Seuthe, P. Seyfert, Y. Shang, D.M. Shangase, M. Shapkin, I. Shchemerov, L. Shchutska, T. Shears, L. Shekhtman, Z. Shen, V. Shevchenko, E.B. Shields, E. Shmanin, J.D. Shupperd, B.G. Siddi, R.S. Coutinho, G. Simi, S. Simone, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M.W. Slater, I. Slazyk, J.C. Smallwood, J.G. Smeaton, A. Smetkina, E. Smith, M. Smith, A. Snoch, M. Soares, L.S. Lavra, M.D. Sokoloff, F.J.P. Soler, A. Solovev, I. Solovyev, F.L.S. De Almeida, B.S. De Paula, B. Spaan, E. Spadaro Norella, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, P. Stefko, O. Steinkamp, O. Stenyakin, H. Stevens, S. Stone, M.E. Stramaglia, M. Straticiuc, D. Strekalina, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, Y. Sun, P. Svihra, P.N. Swallow, K. Swientek, A. Szabelski, T. Szumlak, M. Szymanski, S. Taneja, F. Teubert, E. Thomas, K.A. Thomson, V. Tisserand, S. T’Jampens, M. Tobin, L. Tomassetti, D.T. Machado, D.Y. Tou, M.T. Tran, E. Trifonova, C. Trippl, G. Tuci, A. Tully, N. Tuning, A. Ukleja, D.J. Unverzagt, E. Ursov, A. Usachov, A. Ustyuzhanin, U. Uwer, A. Vagner, V. Vagnoni, A. Valassi, G. Valenti, N.V. Canudas, M. van Beuzekom, M. Van Dijk, E. van Herwijnen, C.B. Van Hulse, M. van Veghel, R.V. Gomez, P.V. Regueiro, C.V. Sierra, S. Vecchi, J.J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Veronesi, M. Vesterinen, D. Vieira, M.V. Diaz, H. Viemann, X. Vilasis-Cardona, E.V. Figueras, P. Vincent, D.V. Bruch, A. Vorobyev, V. Vorobyev, N. Voropaev, R. Waldi, J. Walsh, C. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, R. Wang, Y. Wang, Z. Wang, Z. Wang, H.M. Wark, N.K. Watson, S.G. Weber, D. Websdale, C. Weisser, B.D.C. Westhenry, D.J. White, M. Whitehead, D. Wiedner, G. Wilkinson, M. Wilkinson, I. Williams, M. Williams, M.R.J. Williams, F.F. Wilson, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, G. Wormser, S.A. Wotton, H. Wu, K. Wyllie, Z. Xiang, D. Xiao, Y. Xie, A. Xu, J. Xu, L. Xu, M. Xu, Q. Xu, Z. Xu, Z. Xu, D. Yang, S. Yang, Y. Yang, Z. Yang, Z. Yang, Y. Yao, L.E. Yeomans, H. Yin, J. Yu, X. Yuan, O. Yushchenko, E. Zaffaroni, M. Zavertyaev, M. Zdybal, O. Zenaiev, M. Zeng, D. Zhang, L. Zhang, S. Zhang, Y. Zhang, Y. Zhang, A. Zhelezov, Y. Zheng, X. Zhou, Y. Zhou, X. Zhu, Z. Zhu, V. Zhukov, J.B. Zonneveld, Q. Zou, S. Zucchelli, D. Zuliani, G. Zunica. - In: NATURE PHYSICS. - ISSN 1745-2473. - 18:3(2022 Mar 15), pp. 277-282. [10.1038/s41567-021-01478-8]

Test of lepton universality in beauty-quark decays

S. Aiola;J. Fu;P. Gandini;L. Henry;D. Marangotto;A. Merli;N. Neri;M. Petruzzo;E. Spadaro Norella;
2022

Abstract

The standard model of particle physics currently provides our best description of fundamental particles and their interactions. The theory predicts that the different charged leptons, the electron, muon and tau, have identical electroweak interaction strengths. Previous measurements have shown that a wide range of particle decays are consistent with this principle of lepton universality. This article presents evidence for the breaking of lepton universality in beauty-quark decays, with a significance of 3.1 standard deviations, based on proton–proton collision data collected with the LHCb detector at CERN’s Large Hadron Collider. The measurements are of processes in which a beauty meson transforms into a strange meson with the emission of either an electron and a positron, or a muon and an antimuon. If confirmed by future measurements, this violation of lepton universality would imply physics beyond the standard model, such as a new fundamental interaction between quarks and leptons.
Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
Settore FIS/04 - Fisica Nucleare e Subnucleare
15-mar-2022
Article (author)
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
s41567-021-01478-8.pdf

accesso aperto

Tipologia: Publisher's version/PDF
Dimensione 4.81 MB
Formato Adobe PDF
4.81 MB Adobe PDF Visualizza/Apri
Pubblicazioni consigliate

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/2434/920177
Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus 215
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? 120
social impact