Search for a dark leptophilic scalar produced in association with τ+τ− pair in e+e− annihilation at center-of-mass energies near 10.58 GeV

Biswas, D.; Banerjee, Sw.; Adachi, I.; Aihara, H.; Asner, D.  M.; Aushev, T.; Ayad, R.; Babu, V.; Behera, P.; Bennett, J.; Bessner, M.; Bhardwaj, V.; Bhuyan, B.; Bilka, T.; Bodrov, D.; Borah, J.; Bozek, A.; Bračko, M.; Branchini, P.; Browder, T.  E.; Budano, A.; Campajola, M.; Červenkov, D.; Chang, M. -C.; Chang, P.; Cheon, B.  G.; Chilikin, K.; Cho, H.  E.; Cho, K.; Choi, S. -K.; Choi, Y.; Choudhury, S.; Cinabro, D.; Das, S.; De Nardo, G.; De Pietro, G.; Dhamija, R.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Doležal, Z.; Dong, T.  V.; Dubey, S.; Ecker, P.; Epifanov, D.; Ferber, T.; Fulsom, B.  G.; Gaur, V.; Garmash, A.; Giri, A.; Goldenzweig, P.; Graziani, E.; Guan, Y.; Gudkova, K.; Hadjivasiliou, C.; Hayasaka, K.; Hayashii, H.; Hazra, S.; Hedges, M.  T.; Herrmann, D.; Hernández Villanueva, M.; Hou, W. -S.; Hsu, C. -L.; Inami, K.; Inguglia, G.; Ipsita, N.; Ishikawa, A.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jacobs, W.  W.; Q.  P., Ji; Jia, S.; Jin, Y.; Joo, K.  K.; Kaliyar, A.  B.; Kiesling, C.; Kim, C.  H.; Kim, D.  Y.; Kim, K. -H.; Kim, Y.  J.; Kim, Y. -K.; Kodyš, P.; Konno, T.; Korobov, A.; Korpar, S.; Križan, P.; Krokovny, P.; Kumar, M.; Kumara, K.; Kwon, Y. -J.; Lai, Y. -T.; Laurenza, M.; Lee, S.  C.; Levit, D.; Li, J.; L.  K., Li; Li, Y.; Li Gioi, L.; Libby, J.; Lieret, K.; Lin, Y. -R.; Liventsev, D.; Luo, T.; Ma, Y.; Masuda, M.; Maurya, S.  K.; Meier, F.; Merola, M.; Metzner, F.; Miyabayashi, K.; Mizuk, R.; Nakamura, I.; Nakao, M.; Natkaniec, Z.; Natochii, A.; Nayak, L.; Niiyama, M.; Nisar, N.  K.; Nishida, S.; Ogawa, S.; Ono, H.; Pakhlov, P.; Pakhlova, G.; Pardi, S.; Park, H.; Park, J.; Park, S. -H.; Passeri, A.; Patra, S.; Paul, S.; Pestotnik, R.; Piilonen, L.  E.; Podobnik, T.; Prencipe, E.; Prim, M.  T.; Rout, N.; Russo, G.; Sandilya, S.; Santelj, L.; Savinov, V.; Schnell, G.; Schwanda, C.; Seino, Y.; Senyo, K.; Sevior, M.  E.; Shan, W.; Sharma, C.; Shiu, J. -G.; Shwartz, B.; Singh, J.  B.; Sokolov, A.; Solovieva, E.; Starič, M.; Stottler, Z.  S.; Sumihama, M.; Takizawa, M.; Tanida, K.; Tenchini, F.; Trabelsi, K.; Uchida, M.; Uglov, T.; Unno, Y.; Uno, K.; Uno, S.; Urquijo, P.; Vinokurova, A.; Wang, D.; Wang, E.; Watanuki, S.; Won, E.; Xu, X.; Yabsley, B.  D.; Yan, W.; Yin, J.  H.; Yuan, C.  Z.; Yuan, L.; Zhang, Z.  P.; Zhilich, V.; Zhukova, V.; Zhulanov, V.; Null, Null

doi:10.1103/physrevd.109.032002

A dark leptophilic scalar (ɸL) is a hypothetical particle that couples only to leptons rather than quarks. We report on a search for ɸL in the e+e−→τ+τ−ɸL, ɸL→l+l−(l=e,μ) process using 626 fb−1 of data collected by the Belle experiment near the Y(4S) resonance. We validate the backgrounds with multiple control regions in data, using a novel multiclass multivariate event classifier. In absence of a signal, we quote upper limits at the 90% confidence level on the coupling between ɸL and leptons. Our bounds, obtained in a blinded approach, are 19% more constraining than the previous limits, averaged over the mass range 0.04≤mɸL≤6.5 GeV. We exclude the parameter space below 4 GeV favored by measurement of the anomalous magnetic moment of the muon.