Search for a Dark Higgs Boson Produced in Association with Inelastic Dark Matter at the Belle II Experiment

作者：I. Adachi, L. Aggarwal, H. Ahmed, H. Aihara, Н. Акопов, S. A. Al‐Ghamdi, M. Alhakami, A. Aloisio, N. Althubiti, K. R. Amos, M. Angelsmark, N. Anh Ky, C. Antonioli, D. M. Asner, H. Atmacan, V. Aushev, M. Aversano, R. Ayad, V. Babu, N. K. Baghel, S. Bahinipati, P. Bambade, S. Banerjee, S. Bansal, M. Barrett, M. Bartl, J. Baudot, A. Baur, A. Beaubien, F. Becherer, Jürgen Becker, J. V. Bennett, F. U. Bernlochner, V. Bertacchi, M. Bertemes, E. Bertholet, M. Bessner, S. Bettarini, B. Bhuyan, F. Bianchi, T. Bilka, D. Biswas, A. Bobrov, D. Bodrov, A. E. Bolz, A. Bondar, G. Bonvicini, J. Borah, A. Boschetti, A. Bożek, M. Bračko, P. Branchini, T. E. Browder, A. Budano, S. Bussino, Q. Campagna, M. Campajola, L. Cao, G. Casarosa, C. Cecchi, J. Cerasoli, M.-C. Chang, R. Cheaib, P. Cheema, Y.-T. Chen, B. G. Cheon, K. Chilikin, J. Chin, K. Chirapatpimol, H.-E. Cho, K. Cho, S.-J. Cho, S.-K. Choi, S. Choudhury, J. Cochran, I. Consigny, L. Corona, J. X. Cui, E. De La Cruz–Burelo, S. A. De La Motte, G. de Marino, G. De Nardo, G. De Pietro, R. de Sangro, M. Destefanis, S. Dey, A. Di Canto, F. Di Capua, J. Dingfelder, Z. Doležal, I. Domínguez Jiménez, T. V. Dong, X. Dong, M. Dorigo, D. Dossett, K. Dugic, G. Dujany, P. Ecker, J. Eppelt, P. Feichtinger, T. Ferber, T. Fillinger, C. Finck, G. Finocchiaro, A. Fodor, F. Forti, B. G. Fulsom, A. Gabrielli, A. Gale, E. Ganiev, M. Garcia-Hernandez, R. Garg, G. Gaudino, V. Gaur, V. Gautam, A. Gaz, A. Gellrich, G. Ghevondyan, D. Ghosh, H. Ghumaryan, G. Giakoustidis, R. Giordano, A. Giri, P. Gironella Gironell, A. Glazov, B. Gobbo, R. Godang, O. Gogota, P. Goldenzweig, W. Gradl, E. Graziani, D. Greenwald, Z. Gruberová, Y. Guan, K. Gudkova, I. Haide, Y. Han, T. Hara, C. Harris, K. Hayasaka, H. Hayashii, S. Hazra, C. Hearty, M. T. Hedges, A. Heidelbach, I. Heredia-De La Cruz, M. Hernández Villanueva, T. Higuchi, M. Hoek, M. Hohmann, R. HOPPE, P. Horak, C.-L. Hsu, T. Humair, T. Iijima, K. Inami, G. Inguglia, N. Ipsita, A. Ishikawa, R. Itoh, M. Iwasaki, P. Jackson, D. Jacobi, W. W. Jacobs, E.-J. Jang, Q. P. Ji, S. Jia, Y. Jin, A. Johnson, K. K. Joo, H. Junkerkalefeld, A. B. Kaliyar, J. Kandra, K. H. Kang, G. Karyan, T. Kawasaki, F. Keil, C. Ketter, C. Kiesling, C. H. Kim, D. Y. Kim, J.-Y. Kim, K.-H. Kim, Y. J. Kim, Y.-K. Kim, H. Kindo, K. Kinoshita, P. Kodyš, T. Koga, S. Kohani, K. Kojima, A. Korobov, S. Korpar, E. Kovalenko, R. Kowalewski, P. Križan, P. Krokovny, T. Kuhr, Y. Kulii, D. Kumar, R. Kumar, K. Kumara, T. Kunigo, A. Kuzmin, Y.-J. Kwon, S. Lacaprara, K. Lalwani, T. Lam, L. Lanceri, J. S. Lange, T. S. Lau, M. Laurenza, R. Leboucher, F. Le Diberder, M. J. Lee, C. Lemettais, P. Leo, H. J. Li, L. K. Li, Q. M. Li, W. Z. Li, Y. Li, Y. B. Li, Y. P. Liao, J. Libby, J. Lin, S. Lin, M. H. Liu, Q. Y. Liu, Y. Liu, Zhiqing Liu, D. Liventsev, S. Longo, T. Lueck, T. Luo, C. Lyu, Yue Ma, C. Madaan, M. Maggiora, S. P. Maharana, R. Maiti, G. Mancinelli, R. Manfredi, E. Manoni, M. Mantovano, D. Marcantonio, S. Marcello, C. Mariñas, C. Martellini, A. Martens, A. Martini, T. Martinov, L. Massaccesi, M. Masuda, K. Matsuoka, D. Matvienko, S. K. Maurya, M. Maushart, J. A. McKenna, R. Mehta, F. Meier, D. Meleshko, M. Merola, C. Miller, M. Mirra, S. Mitra, K. Miyabayashi, H. Miyake, R. Mizuk, G. B. Mohanty, S. Mondal, S. Moneta, A. L. Moreira De Carvalho, H.-G. Moser, R. Mussa, I. Nakamura, M. Nakao, H. Nakazawa, Y. Nakazawa, M. Naruki, Z. Natkaniec, A. Natochii, M. Nayak, G. Nazaryan, M. Neu, S. Nishida, S. Ogawa, R. Okubo, H. Ono, Y. Onuki, G. Pakhlova, S. Pardi, K. Parham, H. Park, J. Park, K. Park, S.-H. Park, B. Paschen, A. Passeri, S. Patra, S. Paul, T. K. Pedlar, I. M. Peruzzi, R. Peschke, R. Pestotnik, M. Piccolo, L. E. Piilonen, P. L. M. Podesta-Lerma, T. Podobnik, S. Pokharel, A. Prakash, C. Praz, S. Prell, E. Prencipe, M. T. Prim, S. Privalov, I. Prudiiev, H. Purwar, P. Rados, G. Raeuber, S. Raiz, K. Ravindran, J. U. Rehman, M. Reif, S. Reiter, M. Remnev, L. Reuter, D. Ricalde Herrmann, I. Ripp-Baudot, G. Rizzo, S. H. Robertson, M. Röhrken, J. M. Roney, A. Rostomyan, N. Rout, L. Salutari, D. A. Sanders, S. Sandilya, L. Šantelj, V. Savinov, B. Scavino, J. Schmitz, S. Schneider, M. Schnepf, C. Schwanda, Y. Seino, A. Selce, K. Senyo, J. Serrano, M. E. Sevior, C. Sfienti, W. Shan, G. Sharma, C. P. Shen, X. Shi, T. Shillington, T. Shimasaki, J.-G. Shiu, D. Shtol, B. Shwartz, A. Sibidanov, F. Simon, J. B. Singh, J. Skorupa, R. Sobie, M. Sobotzik, A. Soffer, A. Sokolov, E. Solovieva, W. Song, S. Spataro, B. Spruck, M. Starič, P. Stavroulakis, S. Stefkova, R. Stroili, J. Strube, Y. Sue, M. Sumihama, K. Sumisawa, N. Suwonjandee, H. Svidras, M. Takahashi, M. Takizawa, U. Tamponi, K. Tanida, F. Tenchini, A. Thaller, O. Tittel, R. Tiwary, E. Torassa, K. Trabelsi, I. Tsaklidis, M. Uchida, I. Ueda, T. Uglov, K. Unger, Y. Unno, K. Uno, S. Uno, P. Urquijo, Y. Ushiroda, S. Vahsen, R. van Tonder, K. E. Varvell, M. Veronesi, A. Vinokurova, V. S. Vismaya, L. Vitale, V. Vobbilisetti, R. Volpe, A. Vossen, M. Wakai, S. Wallner, M.-Z. Wang, A. Warburton, M. Watanabe, S. Watanuki, C. Wessel, E. Won, X. P. Xu, B. Yabsley, S. Yamada, W. B. Yan, W. C. Yan, S. B. Yang, J. Yelton, J. H. Yin, K. Yoshihara, J. Yuan, L. Zani, F. Zeng, M. Zeyrek, Boyang Zhang, V. Zhilich, J. S. Zhou, Q. Zhou, L. Zhu, R. Žlebčík · 发表于：Physical Review Letters · 年份：2025 · DOI：10.1103/37w5-glpp · 被引用次数：3 · 研究领域：Dark Matter and Cosmic Phenomena、Particle physics theoretical and experimental studies、Cosmology and Gravitation Theories

Inelastic dark matter models that have two dark matter particles and a massive dark photon can reproduce the observed relic dark matter density without violating cosmological limits. The mass splitting between the two dark matter particles χ_{1} and χ_{2}, with m(χ_{2})>m(χ_{1}), is induced by a dark Higgs field and a corresponding dark Higgs boson h^{'}. We present a search for dark matter in events with two vertices, at least one of which must be displaced from the interaction region, and missing energy. Using a 365 fb^{-1} data sample collected at Belle II, which operates at the SuperKEKB e^{+}e^{-} collider, we observe no evidence for a signal. We set upper limits on the product of the production cross section σ(e^{+}e^{-}→h^{'}χ_{1}χ_{2}), and the product of branching fractions B(χ_{2}→χ_{1}e^{+}e^{-})×B(h^{'}→x^{+}x^{-}), where x^{+}x^{-} indicates μ^{+}μ^{-},π^{+}π^{-}, or K^{+}K^{-}, as functions of h^{'} mass and lifetime at the level of 10^{-1} fb. We set model-dependent upper limits on the dark Higgs mixing angle at the level of 10^{-5} and on the dark photon kinetic mixing parameter at the level of 10^{-3}. This is the first search for dark Higgs bosons in association with inelastic dark matter.