Search for a 𝜏+⁢𝜏− Resonance in 𝑒+⁢𝑒−→𝜇+⁢𝜇−⁢𝜏+⁢𝜏− Events with the Belle II Experiment

Adachi, I.; Adamczyk, K.; Aggarwal, L.; Ahmed, H.; Aihara, H.; Akopov, N.; Aloisio, A.; Anh Ky, N.; Asner, D.  m.; Atmacan, H.; Aushev, T.; Aushev, V.; Aversano, M.; Babu, V.; Bae, H.; Bahinipati, S.; Bambade, P.; Banerjee, Sw.; Bansal, S.; Barrett, M.; Baudot, J.; Bauer, M.; Baur, A.; Beaubien, A.; Becker, J.; Behera, P.  k.; Bennett, J.  v.; Bernieri, E.; Bernlochner, F.  u.; Bertacchi, V.; Bertemes, M.; Bertholet, E.; Bessner, M.; Bettarini, S.; Bhardwaj, V.; Bhuyan, B.; Bianchi, F.; Bilka, T.; Bilokin, S.; Biswas, D.; Bobrov, A.; Bodrov, D.; Bolz, A.; Borah, J.; 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.; Chekelian, V.; Chen, Y.  q.; Cheon, B.  g.; Chilikin, K.; Chirapatpimol, K.; Cho, H. -E.; Cho, K.; Cho, S. -J.; Choi, S. -K.; Choudhury, S.; Cinabro, D.; Cochran, J.; Corona, L.; Cremaldi, L.  m.; Cunliffe, S.; Czank, T.; 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.; De Yta-Hernandez, A.; Dhamija, R.; Di Canto, A.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Doležal, Z.; Domínguez Jiménez, I.; Dong, T.  v.; Dorigo, M.; Dort, K.; Dossett, D.; Dreyer, S.; Dubey, S.; 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.; Garmash, A.; 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.; Guilliams, J.; Halder, S.; Han, Y.; Hara, T.; Hayasaka, K.; Hayashii, H.; Hazra, S.; Hearty, C.; Hedges, M.  t.; Heredia De La Cruz, I.; Hernández Villanueva, M.; Hershenhorn, A.; Higuchi, T.; Hill, E.  c.; Hirata, H.; Hoek, M.; Hohmann, M.; Hsu, C. -L.; Humair, T.; Iijima, T.; Inami, K.; Inguglia, G.; Ipsita, N.; Ishikawa, A.; Ito, S.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jackson, P.; Jacobs, W.  w.; Jaffe, D.  e.; Jang, E. -J.; Q.  p., Ji; Jia, S.; Jin, Y.; Johnson, A.; Joo, K.  k.; Junkerkalefeld, H.; Kakuno, H.; Kaleta, M.; Kalita, D.; Kaliyar, A.  b.; Kandra, J.; Kang, K.  h.; Kang, S.; Karl, R.; Karyan, G.; Kawasaki, T.; Keil, F.; Ketter, C.; Kiesling, C.; Kim, C. -H.; Kim, D.  y.; Kim, K. -H.; Kim, Y. -K.; Kindo, H.; 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.; Kumar, J.; Kumar, M.; Kumar, R.; Kumara, K.; Kunigo, T.; Kuzmin, A.; Kwon, Y. -J.; Lacaprara, S.; Lai, Y. -T.; Lam, T.; Lanceri, L.; Lange, J.  s.; Laurenza, M.; Lautenbach, K.; Leboucher, R.; Le Diberder, F.  r.; Leitl, P.; Levit, D.; Lewis, P.  m.; Li, C.; L.  k., Li; Y.  b., Li; Libby, J.; Lieret, K.; Liu, Q.  y.; Liu, Z.  q.; Liventsev, D.; Longo, S.; Lozar, A.; Lueck, T.; Lyu, C.; Ma, Y.; Maggiora, M.; Maharana, S.  p.; Maiti, R.; Maity, S.; Manfredi, R.; Manoni, E.; Manthei, A.  c.; Mantovano, M.; Marcantonio, D.; Marcello, S.; Marinas, C.; Martel, L.; Martellini, C.; Martini, A.; Martinov, T.; Massaccesi, L.; Masuda, M.; Matsuda, T.; Matsuoka, K.; Matvienko, D.; Maurya, S.  k.; Mckenna, J.  a.; Mehta, R.; Merola, M.; Metzner, F.; Milesi, M.; Miller, C.; Mirra, M.; Miyabayashi, K.; Miyake, H.; Mizuk, R.; Mohanty, G.  b.; Molina-Gonzalez, N.; Mondal, S.; Moneta, S.; Moser, H. -G.; Mrvar, M.; Mussa, R.; Nakamura, I.; Nakamura, K.  r.; Nakao, M.; Nakayama, H.; Nakazawa, H.; Nakazawa, Y.; Narimani Charan, A.; Naruki, M.; Narwal, D.; Natkaniec, Z.; Natochii, A.; Nayak, L.; Nayak, M.; Nazaryan, G.; Niebuhr, C.; Nisar, N.  k.; Nishida, S.; Ogawa, S.; Ono, H.; Onuki, Y.; Oskin, P.; Otani, F.; Pakhlov, P.; Pakhlova, G.; Paladino, A.; Panta, A.; Paoloni, E.; Pardi, S.; Parham, K.; Park, J.; Park, S. -H.; Paschen, B.; Passeri, A.; Patra, S.; Paul, S.; Pedlar, T.  k.; Peruzzi, I.; Peschke, R.; Pestotnik, R.; Pham, F.; Piccolo, M.; Piilonen, L.  e.; Pinna Angioni, G.; Podesta-Lerma, P.  l.  m.; Podobnik, T.; Pokharel, S.; Polat, L.; Praz, C.; Prell, S.; Prencipe, E.; Prim, M.  t.; Purwar, H.; Rad, N.; Rados, P.; Raeuber, G.; Raiz, S.; Ramirez Morales, A.; Reif, M.; Reiter, S.; Remnev, M.; Ripp-Baudot, I.; Rizzo, G.; Rizzuto, L.  b.; Robertson, S.  h.; Rodríguez Pérez, D.; Roehrken, M.; Roney, J.  m.; Rostomyan, A.; Rout, N.; Russo, G.; Sahoo, D.; Sanders, D.  a.; Sandilya, S.; Sangal, A.; Santelj, L.; Sato, Y.; Savinov, V.; Scavino, B.; Schnepf, M.; Schueler, J.; Schwanda, C.; Seino, Y.; Selce, A.; Senyo, K.; Serrano, J.; Sevior, M.  e.; Sfienti, C.; Shan, W.; Sharma, C.; Shen, C.  p.; 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.; Stottler, Z.  s.; Stroili, R.; Strube, J.; Sue, Y.; Sumihama, M.; Sumisawa, K.; Sutcliffe, W.; Suzuki, S.  y.; Svidras, H.; Takahashi, M.; Takizawa, M.; Tamponi, U.; Tanaka, S.; Tanida, K.; Tanigawa, H.; Tenchini, F.; Thaller, A.; Tiwary, R.; Tonelli, D.; Torassa, E.; Toutounji, N.; Trabelsi, K.; Tsaklidis, I.; Uchida, M.; Ueda, I.; Uematsu, Y.; Uglov, T.; Unger, K.; Unno, Y.; Uno, K.; Uno, S.; Urquijo, P.; Ushiroda, Y.; Vahsen, S.  e.; Van Tonder, R.; Varner, G.  s.; Varvell, K.  e.; Vinokurova, A.; Vismaya, V.  s.; Vitale, L.; Vobbilisetti, V.; Volpe, R.; Vossen, A.; Wach, B.; Wakai, M.; Wakeling, H.  m.; Wallner, S.; Wang, E.; Wang, M. -Z.; Wang, X.  l.; Wang, Z.; Warburton, A.; Watanabe, M.; Watanuki, S.; Welsch, M.; Wessel, C.; Won, E.; X.  p., Xu; Yabsley, B.  d.; Yamada, S.; Yan, W.; Yang, S.  b.; Ye, H.; Yelton, J.; Yin, J.  h.; Yook, Y.  m.; Yoshihara, K.; Yuan, C.  z.; Yusa, Y.; Zani, L.; Zhai, Y.; Zhang, Y.; Zhilich, V.; Zhou, J.  s.; Zhou, Q.  d.; Zhou, X.  y.; Zhukova, V.  i.; Žlebčík, R.; Null, Null

doi:10.1103/physrevlett.131.121802

We report the first search for a nonstandard-model resonance decaying into τ pairs in e+e-→μ+μ-τ+τ- events in the 3.6-10 GeV/c2 mass range. We use a 62.8 fb-1 sample of e+e- collisions collected at a center-of-mass energy of 10.58 GeV by the Belle II experiment at the SuperKEKB collider. The analysis probes three different models predicting a spin-1 particle coupling only to the heavier lepton families, a Higgs-like spin-0 particle that couples preferentially to charged leptons (leptophilic scalar), and an axionlike particle, respectively. We observe no evidence for a signal and set exclusion limits at 90% confidence level on the product of cross section and branching fraction into τ pairs, ranging from 0.7 to 24 fb, and on the couplings of these processes. We obtain world-leading constraints on the couplings for the leptophilic scalar model for masses above 6.5 GeV/c2 and for the axionlike particle model over the entire mass range.