Search for Majorana Neutrinos in B−→π+μ−μ− Decays

Aaij, R.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Affolder, A.; Ajaltouni, Z.; Albrecht, J.; Alessio, F.; Alexander, M.; Ali, S.; Alkhazov, G.; Alvarez Cartelle, P.; Alves, A.  . A.; Amato, S.; Amerio, S.; Amhis, Y.; Anderlini, L.; Anderson, J.; Andreassen, R.; Andreotti, Mirco; Andrews, J.  . E.; Appleby, R.  . B.; Aquines Gutierrez, O.; Archilli, F.; Artamonov, A.; Artuso, M.; Aslanides, E.; Auriemma, G.; Baalouch, M.; Bachmann, S.; Back, J.  . J.; Badalov, A.; Balagura, V.; Baldini, W.; Barlow, R.  . J.; Barschel, C.; Barsuk, S.; Barter, W.; Batozskaya, V.; Bauer, T. h.; Bay, A.; Beddow, J.; Bedeschi, F.; Bediaga, I.; Belogurov, S.; Belous, K.; Belyaev, I.; Ben Haim, E.; Bencivenni, G.; Benson, S.; Benton, J.; Berezhnoy, A.; Bernet, R.; Bettler, M. O.; van Beuzekom, M.; Bien, A.; Bifani, S.; Bird, T.; Bizzeti, A.; Bjørnstad, P.  . M.; Blake, T.; Blanc, F.; Blouw, J.; Blusk, S.; Bocci, V.; Bondar, A.; Bondar, N.; Bonivento, W.; Borghi, S.; Borgia, A.; Borsato, M.; Bowcock, T.  . J.  . V.; Bowen, E.; Bozzi, C.; Brambach, T.; van den Brand, J.; Bressieux, J.; Brett, D.; Britsch, M.; Britton, T.; Brook, N.  . H.; Brown, H.; Bursche, A.; Busetto, G.; Buytaert, J.; Cadeddu, S.; Calabrese, Roberto; Callot, O.; Calvi, M.; Calvo Gomez, M.; Camboni, A.; Campana, P.; Campora Perez, D.; Carbone, A.; Carboni, G.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carranza Mejia, H.; Carson, L.; Carvalho Akiba, K.; Casse, G.; Castillo Garcia, L.; Cattaneo, M.; Cauet, C. h.; Cenci, R.; Charles, M.; Charpentier, P. h.; Cheung, S. F.; Chiapolini, N.; Chrzaszcz, M.; Ciba, K.; Cid Vidal, X.; Ciezarek, G.; Clarke, P.  . E.  . L.; Clemencic, M.; Cliff, H.  . V.; Closier, J.; Coca, C.; Coco, V.; Cogan, J.; Cogneras, E.; Collins, P.; Comerma Montells, A.; Contu, A.; Cook, A.; Coombes, M.; Coquereau, S.; Corti, G.; Counts, I.; Couturier, B.; Cowan, G.  . A.; Craik, D.  . C.; Cruz Torres, M.; Cunliffe, S.; Currie, R.; D’Ambrosio, C.; Dalseno, J.; David, P.; David, P.  . N.  . Y.; Davis, A.; De Bonis, I.; De Bruyn, K.; De Capua, S.; De Cian, M.; De Miranda, J.  . M.; De Paula, L.; De Silva, W.; De Simone, P.; Decamp, D.; Deckenhoff, M.; Del Buono, L.; Déléage, N.; Derkach, D.; Deschamps, O.; Dettori, F.; Di Canto, A.; Dijkstra, H.; Donleavy, S.; Dordei, F.; Dorigo, M.; Dorosz, P.; Dosil Suárez, A.; Dossett, D.; Dovbnya, A.; Dupertuis, F.; Durante, P.; Dzhelyadin, R.; Dziurda, A.; Dzyuba, A.; Easo, S.; Egede, U.; Egorychev, V.; Eidelman, S.; Eisenhardt, S.; Eitschberger, U.; Ekelhof, R.; Eklund, L.; El Rifai, I.; Elsasser, C. h.; Falabella, A.; Färber, C.; Farinelli, C.; Farry, S.; Ferguson, D.; Fernandez Albor, V.; Ferreira Rodrigues, F.; Ferro Luzzi, M.; Filippov, S.; Fiore, Marco; Fiorini, Massimiliano; Fitzpatrick, C.; Fontana, M.; Fontanelli, F.; Forty, R.; Francisco, O.; Frank, M.; Frei, C.; Frosini, M.; Furfaro, E.; Gallas Torreira, A.; Galli, D.; Gandelman, M.; Gandini, P.; Gao, Y.; Garofoli, J.; Garra Tico, J.; Garrido, L.; Gaspar, C.; Gauld, R.; Gersabeck, E.; Gersabeck, M.; Gershon, T.; Ghez, P. h.; Gianelle, A.; Gibson, V.; Giubega, L.; Gligorov, V.  . V.; Göbel, C.; Golubkov, D.; Golutvin, A.; Gomes, A.; Gordon, H.; Grabalosa Gándara, M.; Graciani Diaz, R.; Granado Cardoso, L.  . A.; Graugés, E.; Graziani, G.; Grecu, A.; Greening, E.; Gregson, S.; Griffith, P.; Grillo, L.; Grünberg, O.; Gui, B.; Gushchin, E.; Guz, Y. u.; Gys, T.; Hadjivasiliou, C.; Haefeli, G.; Haen, C.; Hafkenscheid, T.  . W.; Haines, S.  . C.; Hall, S.; Hamilton, B.; Hampson, T.; Hansmann Menzemer, S.; Harnew, N.; Harnew, S.  . T.; Harrison, J.; Hartmann, T.; He, J.; Head, T.; Heijne, V.; Hennessy, K.; Henrard, P.; Hernando Morata, J.  . A.; van Herwijnen, E.; Heß, M.; Hicheur, A.; Hill, D.; Hoballah, M.; Hombach, C.; Hulsbergen, W.; Hunt, P.; Huse, T.; Hussain, N.; Hutchcroft, D.; Hynds, D.; Iakovenko, V.; Idzik, M.; Ilten, P.; Jacobsson, R.; Jaeger, A.; Jans, E.; Jaton, P.; Jawahery, A.; Jing, F.; John, M.; Johnson, D.; Jones, C.  . R.; Joram, C.; Jost, B.; Jurik, N.; Kaballo, M.; Kandybei, S.; Kanso, W.; Karacson, M.; Karbach, T.  . M.; Kenyon, I.  . R.; Ketel, T.; Khanji, B.; Khurewathanakul, C.; Klaver, S.; Kochebina, O.; Komarov, I.; Koopman, R.  . F.; Koppenburg, P.; Korolev, M.; Kozlinskiy, A.; Kravchuk, L.; Kreplin, K.; Kreps, M.; Krocker, G.; Krokovny, P.; Kruse, F.; Kucharczyk, M.; Kudryavtsev, V.; Kurek, K.; Kvaratskheliya, T.; La Thi, V.  . N.; Lacarrere, D.; Lafferty, G.; Lai, A.; Lambert, D.; Lambert, R.  . W.; Lanciotti, E.; Lanfranchi, G.; Langenbruch, C.; Latham, T.; Lazzeroni, C.; Le Gac, R.; van Leerdam, J.; Lees, J. P.; Lefèvre, R.; Leflat, A.; Lefrançois, J.; Leo, S.; Leroy, O.; Lesiak, T.; Leverington, B.; Li, Y.; Liles, M.; Lindner, R.; Linn, C.; Lionetto, F.; Liu, B.; Liu, G.; Lohn, S.; Longstaff, I.; Lopes, J.  . H.; Lopez March, N.; Lowdon, P.; Lu, H.; Lucchesi, D.; Luisier, J.; Luo, H.; Luppi, Eleonora; Lupton, O.; Machefert, F.; Machikhiliyan, I.  . V.; Maciuc, F.; Maev, O.; Malde, S.; Manca, G.; Mancinelli, G.; Manzali, Matteo; Maratas, J.; Marconi, U.; Marino, P.; Märki, R.; Marks, J.; Martellotti, G.; Martens, A.; Martín Sánchez, A.; Martinelli, M.; Martinez Santos, D.; Martins Tostes, D.; Massafferri, A.; Matev, R.; Mathe, Z.; Matteuzzi, C.; Mazurov, A.; Mccann, M.; Mccarthy, J.; Mcnab, A.; Mcnulty, R.; Mcskelly, B.; Meadows, B.; Meier, F.; Meissner, M.; Merk, M.; Milanes, D.  . A.; Minard, M. N.; Molina Rodriguez, J.; Monteil, S.; Moran, D.; Morandin, M.; Morawski, P.; Mordà, A.; Morello, M.  . J.; Mountain, R.; Mous, I.; Muheim, F.; Müller, K.; Muresan, R.; Muryn, B.; Muster, B.; Naik, P.; Nakada, T.; Nandakumar, R.; Nasteva, I.; Needham, M.; Neubert, S.; Neufeld, N.; Nguyen, A.  . D.; Nguyen, T.  . D.; Nguyen Mau, C.; Nicol, M.; Niess, V.; Niet, R.; Nikitin, N.; Nikodem, T.; Novoselov, A.; Oblakowska Mucha, A.; Obraztsov, V.; Oggero, S.; Ogilvy, S.; Okhrimenko, O.; Oldeman, R.; Onderwater, G.; Orlandea, M.; Otalora Goicochea, J.  . M.; Owen, P.; Oyanguren, A.; Pal, B.  . K.; Palano, A.; Palutan, M.; Panman, J.; Papanestis, A.; Pappagallo, M.; Pappalardo, Luciano Libero; Parkes, C.; Parkinson, C.  . J.; Passaleva, G.; Patel, G.  . D.; Patel, M.; Patrignani, C.; Pavel Nicorescu, C.; Pazos Alvarez, A.; Pearce, A.; Pellegrino, A.; Penso, G.; Pepe Altarelli, M.; Perazzini, S.; Perez Trigo, E.; Perret, P.; Perrin Terrin, M.; Pescatore, L.; Pesen, E.; Pessina, G.; Petridis, K.; Petrolini, A.; Picatoste Olloqui, E.; Pietrzyk, B.; Pilař, T.; Pinci, D.; Pistone, A.; Playfer, S.; Plo Casasus, M.; Polci, F.; Polok, G.; Poluektov, A.; Polycarpo, E.; Popov, A.; Popov, D.; Popovici, B.; Potterat, C.; Powell, A.; Prisciandaro, J.; Pritchard, A.; Prouve, C.; Pugatch, V.; Puig Navarro, A.; Punzi, G.; Qian, W.; Rachwal, B.; Rademacker, J.  . H.; Rakotomiaramanana, B.; Rama, M.; Rangel, M.  . S.; Raniuk, I.; Rauschmayr, N.; Raven, G.; Redford, S.; Reichert, S.; Reid, M.  . M.; dos Reis, A.  . C.; Ricciardi, S.; Richards, A.; Rinnert, K.; Rives Molina, V.; Roa Romero, D.  . A.; Robbe, P.; Roberts, D.  . A.; Rodrigues, A.  . B.; Rodrigues, E.; Rodriguez Perez, P.; Roiser, S.; Romanovsky, V.; Romero Vidal, A.; Rotondo, M.; Rouvinet, J.; Ruf, T.; Ruffini, F.; Ruiz, H.; Ruiz Valls, P.; Sabatino, G.; Saborido Silva, J.  . J.; Sagidova, N.; Sail, P.; Saitta, B.; Salustino Guimaraes, V.; Sanmartin Sedes, B.; Santacesaria, R.; Santamarina Rios, C.; Santovetti, E.; Sapunov, M.; Sarti, A.; Satriano, C.; Satta, A.; Savrie', Mauro; Savrina, D.; Schiller, M.; Schindler, H.; Schlupp, M.; Schmelling, M.; Schmidt, B.; Schneider, O.; Schopper, A.; Schune, M. H.; Schwemmer, R.; Sciascia, B.; Sciubba, A.; Seco, M.; Semennikov, A.; Senderowska, K.; Sepp, I.; Serra, N.; Serrano, J.; Seyfert, P.; Shapkin, M.; Shapoval, I.; Shcheglov, Y.; Shears, T.; Shekhtman, L.; Shevchenko, O.; Shevchenko, V.; Shires, A.; Silva Coutinho, R.; Simi, G.; Sirendi, M.; Skidmore, N.; Skwarnicki, T.; Smith, N.  . A.; Smith, E.; Smith, E.; Smith, J.; Smith, M.; Snoek, H.; Sokoloff, M.  . D.; Soler, F.  . J.  . P.; Soomro, F.; Souza, D.; Souza De Paula, B.; Spaan, B.; Sparkes, A.; Spinella, F.; Spradlin, P.; Stagni, F.; Stahl, S.; Steinkamp, O.; Stevenson, S.; Stoica, S.; Stone, S.; Storaci, B.; Stracka, S.; Straticiuc, M.; Straumann, U.; Stroili, R.; Subbiah, V.  . K.; Sun, L.; Sutcliffe, W.; Swientek, S.; Syropoulos, V.; Szczekowski, M.; Szczypka, P.; Szilard, D.; Szumlak, T.; T’Jampens, S.; Teklishyn, M.; Tellarini, Giulia; Teodorescu, E.; Teubert, F.; Thomas, C.; Thomas, E.; van Tilburg, J.; Tisserand, V.; Tobin, M.; Tolk, S.; Tomassetti, Luca; Tonelli, D.; Topp Joergensen, S.; Torr, N.; Tournefier, E.; Tourneur, S.; Tran, M.  . T.; Tresch, M.; Tsaregorodtsev, A.; Tsopelas, P.; Tuning, N.; Ubeda Garcia, M.; Ukleja, A.; Ustyuzhanin, A.; Uwer, U.; Vagnoni, V.; Valenti, G.; Vallier, A.; Vazquez Gomez, R.; Vazquez Regueiro, P.; Vázquez Sierra, C.; Vecchi, S.; Velthuis, J.  . J.; Veltri, M.; Veneziano, G.; Vesterinen, M.; Viaud, B.; Vieira, D.; Vilasis Cardona, X.; Vollhardt, A.; Volyanskyy, D.; Voong, D.; Vorobyev, A.; Vorobyev, V.; Voß, C.; Voss, H.; de Vries, J.  . A.; Waldi, R.; Wallace, C.; Wallace, R.; Wandernoth, S.; Wang, J.; Ward, D.  . R.; Watson, N.  . K.; Webber, A.  . D.; Websdale, D.; Whitehead, M.; Wicht, J.; Wiechczynski, J.; Wiedner, D.; Wiggers, L.; Wilkinson, G.; Williams, M.  . P.; Williams, M.; Wilson, F.  . F.; Wimberley, J.; Wishahi, J.; Wislicki, W.; Witek, M.; Wormser, G.; Wotton, S.  . A.; Wright, S.; Wu, S.; Wyllie, K.; Xie, Y.; Xing, Z.; Yang, Z.; Yuan, X.; Yushchenko, O.; Zangoli, M.; Zavertyaev, M.; Zhang, F.; Zhang, L.; Zhang, W.  . C.; Zhang, Y.; Zhelezov, A.; Zhokhov, A.; Zhong, L.; Zvyagin, A.

doi:10.1103/PhysRevLett.112.131802

A search for heavy Majorana neutrinos produced in the B−→π+μ−μ− decay mode is performed using 3 fb−1 of integrated luminosity collected with the LHCb detector in pp collisions at center-of-mass energies of 7 and 8 TeV at the LHC. Neutrinos with masses in the range 250 to 5000 MeV and lifetimes from zero to 1000 ps are probed. In the absence of a signal, upper limits are set on the branching fraction ℬ(B−→π+μ−μ−) as functions of neutrino mass and lifetime. These limits are on the order of 10−9 for short neutrino lifetimes of 1 ps or less. Limits are also set on the coupling between the muon and a possible fourth-generation neutrino.