European Physical Journal C: Particles and Fields (Sep 2020)
Search for lepton flavour violating muon decay mediated by a new light particle in the MEG experiment
- A. M. Baldini,
- F. Berg,
- M. Biasotti,
- G. Boca,
- P. W. Cattaneo,
- G. Cavoto,
- F. Cei,
- M. Chiappini,
- G. Chiarello,
- C. Chiri,
- A. Corvaglia,
- A. de Bari,
- M. De Gerone,
- M. Francesconi,
- L. Galli,
- F. Gatti,
- F. Grancagnolo,
- M. Grassi,
- D. N. Grigoriev,
- M. Hildebrandt,
- Z. Hodge,
- K. Ieki,
- F. Ignatov,
- R. Iwai,
- T. Iwamoto,
- S. Kobayashi,
- P.-R. Kettle,
- W. Kyle,
- N. Khomutov,
- A. Kolesnikov,
- N. Kravchuk,
- N. Kuchinskiy,
- T. Libeiro,
- G. M. A. Lim,
- V. Malyshev,
- N. Matsuzawa,
- M. Meucci,
- S. Mihara,
- W. Molzon,
- Toshinori Mori,
- A. Mtchedilishvili,
- M. Nakao,
- H. Natori,
- D. Nicolò,
- H. Nishiguchi,
- M. Nishimura,
- S. Ogawa,
- R. Onda,
- W. Ootani,
- A. Oya,
- D. Palo,
- M. Panareo,
- A. Papa,
- V. Pettinacci,
- G. Pizzigoni,
- A. Popov,
- F. Renga,
- S. Ritt,
- A. Rozhdestvensky,
- M. Rossella,
- R. Sawada,
- P. Schwendimann,
- G. Signorelli,
- A. Stoykov,
- G. F. Tassielli,
- K. Toyoda,
- Y. Uchiyama,
- M. Usami,
- C. Voena,
- K. Yanai,
- Yu. V. Yudin
Affiliations
- A. M. Baldini
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pisa dell’Università
- F. Berg
- Paul Scherrer Institut PSI
- M. Biasotti
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Genova dell’Università
- G. Boca
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pavia dell’Università
- P. W. Cattaneo
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pavia dell’Università
- G. Cavoto
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Roma dell’Università “Sapienza”
- F. Cei
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pisa dell’Università
- M. Chiappini
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pisa dell’Università
- G. Chiarello
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Roma dell’Università “Sapienza”
- C. Chiri
- Dipartimento di Matematica e Fisica, INFN Sezione di Lecce dell’Università del Salento
- A. Corvaglia
- Dipartimento di Matematica e Fisica, INFN Sezione di Lecce dell’Università del Salento
- A. de Bari
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pavia dell’Università
- M. De Gerone
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Genova dell’Università
- M. Francesconi
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pisa dell’Università
- L. Galli
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pisa dell’Università
- F. Gatti
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Genova dell’Università
- F. Grancagnolo
- Dipartimento di Matematica e Fisica, INFN Sezione di Lecce dell’Università del Salento
- M. Grassi
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pisa dell’Università
- D. N. Grigoriev
- Budker Institute of Nuclear Physics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
- M. Hildebrandt
- Paul Scherrer Institut PSI
- Z. Hodge
- Paul Scherrer Institut PSI
- K. Ieki
- ICEPP, The University of Tokyo
- F. Ignatov
- Budker Institute of Nuclear Physics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
- R. Iwai
- ICEPP, The University of Tokyo
- T. Iwamoto
- ICEPP, The University of Tokyo
- S. Kobayashi
- ICEPP, The University of Tokyo
- P.-R. Kettle
- Paul Scherrer Institut PSI
- W. Kyle
- University of California
- N. Khomutov
- Joint Institute for Nuclear Research
- A. Kolesnikov
- Joint Institute for Nuclear Research
- N. Kravchuk
- Joint Institute for Nuclear Research
- N. Kuchinskiy
- Joint Institute for Nuclear Research
- T. Libeiro
- University of California
- G. M. A. Lim
- University of California
- V. Malyshev
- Joint Institute for Nuclear Research
- N. Matsuzawa
- ICEPP, The University of Tokyo
- M. Meucci
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Roma dell’Università “Sapienza”
- S. Mihara
- KEK, High Energy Accelerator Research Organization
- W. Molzon
- University of California
- Toshinori Mori
- ICEPP, The University of Tokyo
- A. Mtchedilishvili
- Paul Scherrer Institut PSI
- M. Nakao
- ICEPP, The University of Tokyo
- H. Natori
- ICEPP, The University of Tokyo
- D. Nicolò
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pisa dell’Università
- H. Nishiguchi
- KEK, High Energy Accelerator Research Organization
- M. Nishimura
- ICEPP, The University of Tokyo
- S. Ogawa
- ICEPP, The University of Tokyo
- R. Onda
- ICEPP, The University of Tokyo
- W. Ootani
- ICEPP, The University of Tokyo
- A. Oya
- ICEPP, The University of Tokyo
- D. Palo
- University of California
- M. Panareo
- Dipartimento di Matematica e Fisica, INFN Sezione di Lecce dell’Università del Salento
- A. Papa
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pisa dell’Università
- V. Pettinacci
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Roma dell’Università “Sapienza”
- G. Pizzigoni
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Genova dell’Università
- A. Popov
- Budker Institute of Nuclear Physics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
- F. Renga
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Roma dell’Università “Sapienza”
- S. Ritt
- Paul Scherrer Institut PSI
- A. Rozhdestvensky
- Joint Institute for Nuclear Research
- M. Rossella
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pavia dell’Università
- R. Sawada
- ICEPP, The University of Tokyo
- P. Schwendimann
- Paul Scherrer Institut PSI
- G. Signorelli
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Pisa dell’Università
- A. Stoykov
- Paul Scherrer Institut PSI
- G. F. Tassielli
- Dipartimento di Matematica e Fisica, INFN Sezione di Lecce dell’Università del Salento
- K. Toyoda
- ICEPP, The University of Tokyo
- Y. Uchiyama
- ICEPP, The University of Tokyo
- M. Usami
- ICEPP, The University of Tokyo
- C. Voena
- Dipartimento di Fisica, INFN Sezione di Roma dell’Università “Sapienza”
- K. Yanai
- ICEPP, The University of Tokyo
- Yu. V. Yudin
- Budker Institute of Nuclear Physics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
- DOI
- https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-8364-1
- Journal volume & issue
-
Vol. 80,
no. 9
pp. 1 – 21
Abstract
Abstract We present the first direct search for lepton flavour violating muon decay mediated by a new light particle X, $$\upmu ^+ \rightarrow \mathrm {e}^+\mathrm {X}, \mathrm {X} \rightarrow \upgamma \upgamma \ $$ μ + → e + X , X → γ γ . This search uses a dataset resulting from $$7.5\times 10^{14}$$ 7.5 × 10 14 stopped muons collected by the MEG experiment at the Paul Scherrer Institut in the period 2009–2013. No significant excess is found in the mass region 20–45 MeV/c $$^2$$ 2 for lifetimes below 40 ps, and we set the most stringent branching ratio upper limits in the mass region of 20–40 MeV/c $$^2$$ 2 , down to $${\mathcal {O}}(10^{-11})$$ O ( 10 - 11 ) at 90% confidence level.
