Search for long-lived heavy neutrinos in the decays of B mesons produced in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV

Author:

,Hayrapetyan A.,Tumasyan A.,Adam W.,Andrejkovic J. W.,Bergauer T.,Chatterjee S.,Damanakis K.,Dragicevic M.,Hussain P. S.,Jeitler M.,Krammer N.,Li A.,Liko D.,Mikulec I.,Schieck J.,Schöfbeck R.,Schwarz D.,Sonawane M.,Templ S.,Waltenberger W.,Wulz C.-E.,Darwish M. R.,Janssen T.,Van Mechelen P.,Breugelmans N.,D’Hondt J.,Dansana S.,De Moor A.,Delcourt M.,Heyen F.,Lowette S.,Makarenko I.,Müller D.,Tavernier S.,Tytgat M.,Van Onsem G. P.,Van Putte S.,Vannerom D.,Clerbaux B.,Das A. K.,De Lentdecker G.,Evard H.,Favart L.,Gianneios P.,Hohov D.,Jaramillo J.,Khalilzadeh A.,Khan F. A.,Lee K.,Mahdavikhorrami M.,Malara A.,Paredes S.,Thomas L.,Vanden Bemden M.,Vander Velde C.,Vanlaer P.,De Coen M.,Dobur D.,Gokbulut G.,Hong Y.,Knolle J.,Lambrecht L.,Marckx D.,Mestdach G.,Mota Amarilo K.,Rendón C.,Samalan A.,Skovpen K.,Van Den Bossche N.,van der Linden J.,Wezenbeek L.,Benecke A.,Bethani A.,Bruno G.,Caputo C.,De Favereau De Jeneret J.,Delaere C.,Donertas I. S.,Giammanco A.,Guzel A. O.,Jain Sa.,Lemaitre V.,Lidrych J.,Mastrapasqua P.,Tran T. T.,Wertz S.,Alves G. A.,Coelho E.,Hensel C.,Menezes De Oliveira T.,Moraes A.,Rebello Teles P.,Soeiro M.,Vilela Pereira A.,Aldá Júnior W. L.,Alves Gallo Pereira M.,Barroso Ferreira Filho M.,Brandao Malbouisson H.,Carvalho W.,Chinellato J.,Da Costa E. M.,Da Silveira G. G.,De Jesus Damiao D.,Fonseca De Souza S.,Gomes De Souza R.,Macedo M.,Martins J.,Mora Herrera C.,Mundim L.,Nogima H.,Pinheiro J. P.,Santoro A.,Sznajder A.,Thiel M.,Bernardes C. A.,Calligaris L.,Fernandez Perez Tomei T. R.,Gregores E. M.,Maietto Silverio I.,Mercadante P. G.,Novaes S. F.,Orzari B.,Padula Sandra S.,Aleksandrov A.,Antchev G.,Hadjiiska R.,Iaydjiev P.,Misheva M.,Shopova M.,Sultanov G.,Dimitrov A.,Litov L.,Pavlov B.,Petkov P.,Petrov A.,Shumka E.,Keshri S.,Thakur S.,Cheng T.,Javaid T.,Yuan L.,Hu Z.,Liang Z.,Liu J.,Yi K.,Chen G. M.,Chen H. S.,Chen M.,Iemmi F.,Jiang C. H.,Kapoor A.,Liao H.,Liu Z.-A.,Sharma R.,Song J. N.,Tao J.,Wang C.,Wang J.,Wang Z.,Zhang H.,Zhao J.,Agapitos A.,Ban Y.,Deng S.,Guo B.,Levin A.,Li C.,Li Q.,Mao Y.,Qian S.,Qian S. J.,Sun X.,Wang D.,Yang H.,Zhang L.,Zhao Y.,Zhou C.,Yang S.,You Z.,Jaffel K.,Lu N.,Bauer G.,Li B.,Zhang J.,Gao X.,Lin Z.,Lu C.,Xiao M.,Avila C.,Barbosa Trujillo D. A.,Cabrera A.,Florez C.,Fraga J.,Reyes Vega J. A.,Ramirez F.,Rodriguez M.,Ruales Barbosa A. A.,Ruiz Alvarez J. D.,Giljanovic D.,Godinovic N.,Lelas D.,Sculac A.,Kovac M.,Petkovic A.,Sculac T.,Bargassa P.,Brigljevic V.,Chitroda B. K.,Ferencek D.,Jakovcic K.,Mishra S.,Starodumov A.,Susa T.,Attikis A.,Christoforou K.,Hadjiagapiou A.,Leonidou C.,Mousa J.,Nicolaou C.,Paizanos L.,Ptochos F.,Razis P. A.,Rykaczewski H.,Saka H.,Stepennov A.,Finger M.,Finger M.,Kveton A.,Carrera Jarrin E.,Assran Y.,Elgammal S.,Mahmoud M. A.,Mohammed Y.,Ehataht K.,Kadastik M.,Lange T.,Nandan S.,Nielsen C.,Pata J.,Raidal M.,Tani L.,Kirschenmann H.,Osterberg K.,Voutilainen M.,Bharthuar S.,Brücken E.,Garcia F.,Inkaew P.,Kallonen K. T. S.,Kinnunen R.,Lampén T.,Lassila-Perini K.,Lehti S.,Lindén T.,Martikainen L.,Myllymäki M.,Rantanen M. m.,Siikonen H.,Tuominiemi J.,Luukka P.,Petrow H.,Besancon M.,Couderc F.,Dejardin M.,Denegri D.,Faure J. L.,Ferri F.,Ganjour S.,Gras P.,Hamel de Monchenault G.,Lohezic V.,Malcles J.,Orlandi F.,Portales L.,Rander J.,Rosowsky A.,Sahin M. Ö.,Savoy-Navarro A.,Simkina P.,Titov M.,Tornago M.,Beaudette F.,Busson P.,Cappati A.,Charlot C.,Chiusi M.,Damas F.,Davignon O.,De Wit A.,Ehle I. T.,Fontana Santos Alves B. A.,Ghosh S.,Gilbert A.,Granier de Cassagnac R.,Hakimi A.,Harikrishnan B.,Kalipoliti L.,Liu G.,Nguyen M.,Ochando C.,Salerno R.,Sauvan J. B.,Sirois Y.,Tarabini A.,Vernazza E.,Zabi A.,Zghiche A.,Agram J.-L.,Andrea J.,Apparu D.,Bloch D.,Brom J.-M.,Chabert E. 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A.,Bocci A.,Botta C.,Brondolin E.,Caillol C.,Cerminara G.,Chernyavskaya N.,d’Enterria D.,Dabrowski A.,David A.,De Roeck A.,Defranchis M. M.,Deile M.,Dobson M.,Franzoni G.,Funk W.,Giani S.,Gigi D.,Gill K.,Glege F.,Gouskos L.,Hegeman J.,Heikkilä J. K.,Huber B.,Innocente V.,James T.,Janot P.,Kaluzinska O.,Laurila S.,Lecoq P.,Leutgeb E.,Lourenço C.,Malgeri L.,Mannelli M.,Matthewman M.,Mehta A.,Meijers F.,Mersi S.,Meschi E.,Milosevic V.,Monti F.,Moortgat F.,Mulders M.,Neutelings I.,Orfanelli S.,Pantaleo F.,Petrucciani G.,Pfeiffer A.,Pierini M.,Qu H.,Rabady D.,Ribeiro Lopes B.,Rovere M.,Sakulin H.,Sanchez Cruz S.,Scarfi S.,Schwick C.,Selvaggi M.,Sharma A.,Shchelina K.,Silva P.,Sphicas P.,Stahl Leiton A. G.,Steen A.,Summers S.,Treille D.,Tropea P.,Walter D.,Wanczyk J.,Wang J.,Wuchterl S.,Zehetner P.,Zejdl P.,Zeuner W. D.,Bevilacqua T.,Caminada L.,Ebrahimi A.,Erdmann W.,Horisberger R.,Ingram Q.,Kaestli H. C.,Kotlinski D.,Lange C.,Missiroli M.,Noehte L.,Rohe T.,Aarrestad T. 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S.,Zarubin A.,Zhizhin I.,Zhokin A.

Abstract

Abstract A search for long-lived heavy neutrinos (N) in the decays of B mesons produced in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV is presented. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 41.6 fb1 collected in 2018 by the CMS experiment at the CERN LHC, using a dedicated data stream that enhances the number of recorded events containing B mesons. The search probes heavy neutrinos with masses in the range 1 < mN < 3 GeV and decay lengths in the range 102 < cτN < 104 mm, where τN is the N proper mean lifetime. Signal events are defined by the signature B → BNX; N → ±π, where the leptons B and can be either a muon or an electron, provided that at least one of them is a muon. The hadronic recoil system, X, is treated inclusively and is not reconstructed. No significant excess of events over the standard model background is observed in any of the ±π invariant mass distributions. Limits at 95% confidence level on the sum of the squares of the mixing amplitudes between heavy and light neutrinos, |VN|2, and on cτN are obtained in different mixing scenarios for both Majorana and Dirac-like N particles. The most stringent upper limit |VN|2 < 2.0 × 105 is obtained at mN = 1.95 GeV for the Majorana case where N mixes exclusively with muon neutrinos. The limits on |VN|2 for masses 1 < mN < 1.7 GeV are the most stringent from a collider experiment to date.

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