Search for resonances decaying to photon pairs with masses between 4.9 and 19.4 {GeV}

A search is presented for axion-like particles (ALPs) with masses between 4.9 and 19.4 GeV decaying to a pair of photons, using proton-proton collisions collected with the LHCb detector during 2018 at a centre-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 2.1 fb−1. The same strategy and sample is used to search for the decays of the B0s, B0 and $\eta_b$ mesons into photon pairs.

No significant excess is found. Upper limits on the photon-pair branching fraction times the cross-section of ALP production are determined as a function of the ALP mass.

  • Published in:
    arxiv
  • Type:
    Article
  • Authors:
    {LHCb collaboration}; Aaij, R.; Abdelmotteleb, A. S. W.; Abellan Beteta, C.; Abudinén, F.; Ackernley, T.; Adefisoye, A. A.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Adlarson, P.; Agapopoulou, C.; Aidala, C. A.; Ajaltouni, Z.; Akar, S.; Akiba, K.; Albicocco, P.; Albrecht, J.; Alessio, F.; Aliouche, Z.; Alvarez Cartelle, P.; Amalric, R.; Amato, S.; Amey, J. L.; Amhis, Y.; An, L.; Anderlini, L.; Andersson, M.; Andreola, P.; Andreotti, M.; Estrada, S. Andres; Anelli, A.; Ao, D.; Archilli, F.; Areg, Z.; Argenton, M.; Arguedas Cuendis, S.; Artamonov, A.; Artuso, M.; Aslanides, E.; Ataíde Da Silva, R.; Atzeni, M.; Audurier, B.; Authier, J. A.; Bacher, D.; Bachiller Perea, I.; Bachmann, S.; Bachmayer, M.; Back, J. J.; Baladron Rodriguez, P.; Balagura, V.; Balboni, A.; Baldini, W.; Balzani, L.; Bao, H.; Baptista de Souza Leite, J.; Barbero Pretel, C.; Barbetti, M.; Barbosa, I. R.; Barlow, R. J.; Barnyakov, M.; Barsuk, S.; Barter, W.; Bartz, J.; Bashir, S.; Batsukh, B.; Battista, P. B.; Bay, A.; Beck, A.; Becker, M.; Bedeschi, F.; Bediaga, I. B.; Behling, N. A.; Belin, S.; Belous, K.; Belov, I.; Belyaev, I.; Benane, G.; Bencivenni, G.; Ben-Haim, E.; Benson, S.; Berezhnoy, A.; Bernet, R.; Bernet Andres, S.; Bertolin, A.; Betancourt, C.; Betti, F.; Bex, J.; Bezshyiko, Ia.; Bezshyyko, O.; Bhom, J.; Bieker, M. S.; Biesuz, N. V.; Billoir, P.; Biolchini, A.; Birch, M.; Bishop, F. C. R.; Bitadze, A.; Bizzeti, A.; Blake, T.; Blanc, F.; Blank, J. E.; Blusk, S.; Bocharnikov, V.; Boelhauve, J. A.; Boente Garcia, O.; Boettcher, T.; Bohare, A.; Boldyrev, A.; Bolognani, C. S.; Bolzonella, R.; Bonacci, R. B.; Bondar, N.; Bordelius, A.; Borgato, F.; Borghi, S.; Borsato, M.; Borsuk, J. T.; Bottalico, E.; Bouchiba, S. A.; Bovill, M.; Bowcock, T. J. V.; Boyer, A.; Bozzi, C.; Brandenburg, J. D.; Brea Rodriguez, A.; Breer, N.; Brodzicka, J.; Brossa Gonzalo, A.; Brown, J.; Brundu, D.; Buchanan, E.; Buonincontri, L.; Burgos Marcos, M.; Burke, A. T.; Burr, C.; Butter, J. S.; Buytaert, J.; Byczynski, W.; Cadeddu, S.; Cai, H.; Cai, Y.; Caillet, A.; Calabrese, R.; Calderon Ramirez, S.; Calefice, L.; Cali, S.; Calvi, M.; Calvo Gomez, M.; Camargo Magalhaes, P.; Cambon Bouzas, J. I.; Campana, P.; Campora Perez, D. H.; Campoverde Quezada, A. F.; Capelli, S.; Capriotti, L.; Caravaca-Mora, R.; Carbone, A.; Carcedo Salgado, L.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carniti, P.; Carus, L.; Casais Vidal, A.; Caspary, R.; Casse, G.; Cattaneo, M.; Cavallero, G.; Cavallini, V.; Celani, S.; Cesare, S.; Chadwick, A. J.; Chahrour, I.; Chang, H.; Charles, M.; Charpentier, Ph.; Chatzianagnostou, E.; Cheaib, R.; Chefdeville, M.; Chen, C.; Chen, J.; Chen, S.; Chen, Z.; Chernov, A.; Chernyshenko, S.; Chiotopoulos, X.; Chobanova, V.; Chrzaszcz, M.; Chubykin, A.; Chulikov, V.; Ciambrone, P.; Cid Vidal, X.; Ciezarek, G.; Cifra, P.; Clarke, P. E. L.; Clemencic, M.; Cliff, H. V.; Closier, J.; Cocha Toapaxi, C.; Coco, V.; Cogan, J.
  • Year:
    2025
  • Source:
    https://arxiv.org/abs/2507.14390

Citation information

{LHCb collaboration}; Aaij, R.; Abdelmotteleb, A. S. W.; Abellan Beteta, C.; Abudinén, F.; Ackernley, T.; Adefisoye, A. A.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Adlarson, P.; Agapopoulou, C.; Aidala, C. A.; Ajaltouni, Z.; Akar, S.; Akiba, K.; Albicocco, P.; Albrecht, J.; Alessio, F.; Aliouche, Z.; Alvarez Cartelle, P.; Amalric, R.; Amato, S.; Amey, J. L.; Amhis, Y.; An, L.; Anderlini, L.; Andersson, M.; Andreola, P.; Andreotti, M.; Estrada, S. Andres; Anelli, A.; Ao, D.; Archilli, F.; Areg, Z.; Argenton, M.; Arguedas Cuendis, S.; Artamonov, A.; Artuso, M.; Aslanides, E.; Ataíde Da Silva, R.; Atzeni, M.; Audurier, B.; Authier, J. A.; Bacher, D.; Bachiller Perea, I.; Bachmann, S.; Bachmayer, M.; Back, J. J.; Baladron Rodriguez, P.; Balagura, V.; Balboni, A.; Baldini, W.; Balzani, L.; Bao, H.; Baptista de Souza Leite, J.; Barbero Pretel, C.; Barbetti, M.; Barbosa, I. R.; Barlow, R. J.; Barnyakov, M.; Barsuk, S.; Barter, W.; Bartz, J.; Bashir, S.; Batsukh, B.; Battista, P. B.; Bay, A.; Beck, A.; Becker, M.; Bedeschi, F.; Bediaga, I. B.; Behling, N. A.; Belin, S.; Belous, K.; Belov, I.; Belyaev, I.; Benane, G.; Bencivenni, G.; Ben-Haim, E.; Benson, S.; Berezhnoy, A.; Bernet, R.; Bernet Andres, S.; Bertolin, A.; Betancourt, C.; Betti, F.; Bex, J.; Bezshyiko, Ia.; Bezshyyko, O.; Bhom, J.; Bieker, M. S.; Biesuz, N. V.; Billoir, P.; Biolchini, A.; Birch, M.; Bishop, F. C. R.; Bitadze, A.; Bizzeti, A.; Blake, T.; Blanc, F.; Blank, J. E.; Blusk, S.; Bocharnikov, V.; Boelhauve, J. A.; Boente Garcia, O.; Boettcher, T.; Bohare, A.; Boldyrev, A.; Bolognani, C. S.; Bolzonella, R.; Bonacci, R. B.; Bondar, N.; Bordelius, A.; Borgato, F.; Borghi, S.; Borsato, M.; Borsuk, J. T.; Bottalico, E.; Bouchiba, S. A.; Bovill, M.; Bowcock, T. J. V.; Boyer, A.; Bozzi, C.; Brandenburg, J. D.; Brea Rodriguez, A.; Breer, N.; Brodzicka, J.; Brossa Gonzalo, A.; Brown, J.; Brundu, D.; Buchanan, E.; Buonincontri, L.; Burgos Marcos, M.; Burke, A. T.; Burr, C.; Butter, J. S.; Buytaert, J.; Byczynski, W.; Cadeddu, S.; Cai, H.; Cai, Y.; Caillet, A.; Calabrese, R.; Calderon Ramirez, S.; Calefice, L.; Cali, S.; Calvi, M.; Calvo Gomez, M.; Camargo Magalhaes, P.; Cambon Bouzas, J. I.; Campana, P.; Campora Perez, D. H.; Campoverde Quezada, A. F.; Capelli, S.; Capriotti, L.; Caravaca-Mora, R.; Carbone, A.; Carcedo Salgado, L.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carniti, P.; Carus, L.; Casais Vidal, A.; Caspary, R.; Casse, G.; Cattaneo, M.; Cavallero, G.; Cavallini, V.; Celani, S.; Cesare, S.; Chadwick, A. J.; Chahrour, I.; Chang, H.; Charles, M.; Charpentier, Ph.; Chatzianagnostou, E.; Cheaib, R.; Chefdeville, M.; Chen, C.; Chen, J.; Chen, S.; Chen, Z.; Chernov, A.; Chernyshenko, S.; Chiotopoulos, X.; Chobanova, V.; Chrzaszcz, M.; Chubykin, A.; Chulikov, V.; Ciambrone, P.; Cid Vidal, X.; Ciezarek, G.; Cifra, P.; Clarke, P. E. L.; Clemencic, M.; Cliff, H. V.; Closier, J.; Cocha Toapaxi, C.; Coco, V.; Cogan, J.: Search for resonances decaying to photon pairs with masses between 4.9 and 19.4 {GeV}, arxiv, 2025, July, https://arxiv.org/abs/2507.14390, LHCb.etal.2025a,

Open BibTeX citation