Measurement of the very rare K+ → $$ {\pi}^{+}\nu \overline{\nu} $$ decay
E. Cortina(UCLouvain), A. Kleimenova(UCLouvain), E. Minucci(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati), S. Padolski(Brookhaven National Laboratory), P. Petrov(UCLouvain), A. Shaikhiev(Institute for Nuclear Research), R. Volpe(UCLouvain), T. Numao(TRIUMF), Y. Petrov(TRIUMF), B. Velghe(TRIUMF), D. Bryman(TRIUMF), Jie Fu(University of British Columbia), T. Husek(Charles University), J. Jerhot(Charles University), Karol Kampf(Charles University), M. Zamkovsky(Charles University), R. Aliberti(Johannes Gutenberg University Mainz), G. Khoriauli(Johannes Gutenberg University Mainz), J. Kunze(Johannes Gutenberg University Mainz), D. Lomidze(Johannes Gutenberg University Mainz), L. Peruzzo(Johannes Gutenberg University Mainz), M. Vormstein(Johannes Gutenberg University Mainz), R. Wanke(Johannes Gutenberg University Mainz), P. Dalpiaz(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara), M. Fiorini(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara), I. Neri(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara), A. Norton(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara), F. Petrucci(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara), H. D. Wahl(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara), A. Cotta Ramusino(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara), A. Gianoli(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara), E. Iacopini(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze), G. Latino(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze), M. Lenti(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze), A. Parenti(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze), A. Bizzeti(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze), F. Bucci(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze), A. Antonelli(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati), G. Georgiev(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati), V. Kozhuharov(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati), G. Lanfranchi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati), S. Martellotti(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati), M. Moulson(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati), T. Spadaro(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati), F. Ambrosino(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), T. Capussela(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), M. Corvino(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), D. Di Filippo(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), P. Massarotti(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), M. Mirra(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), M. Napolitano(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), G. Saracino(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli), G. Anzivino(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), F. Brizioli(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), E. Imbergamo(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), R. Lollini(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), R. Piandani(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), C. Santoni(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), M. Barbanera(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), P. Cenci(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), B. Checcucci(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), P. Lubrano(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), M. Lupi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), M. Pepé(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), M. Piccini(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia), F. Costantini(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), L. Di Lella(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), N. Doble(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), M. Giorgi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), S. Giudici(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), G. Lamanna(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), E. Lari(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), E. Pedreschi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), M. Sozzi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), C. Cerri(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), R. Fantechi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), L. Pontisso(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), F. Spinella(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa), I. Mannelli(Scuola Normale Superiore), G. D’Agostini(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I), M. Raggi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I), A. Biagioni(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I), E. Leonardi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I), A. Lonardo(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I), P. Valente(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I), P. Vicini(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I), Roberto Ammendola(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata), Vincenzo Bonaiuto(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata), A. Fucci(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata), Á. Salamon(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata), F. Sargeni(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata), R. Arcidiacono(Università degli Studi del Piemonte Orientale “Amedeo Avogadro”), B. Bloch-Devaux(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino), M. Boretto(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino), E. Menichetti(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino), E. Migliore(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino), D. Soldi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino), C. Biino(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino), A. Filippi(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino), F. Marchetto(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino), J. Engelfried(Autonomous University of San Luis Potosí), N. Estrada-Tristan(Autonomous University of San Luis Potosí), A.M. Bragadireanu(Horia Hulubei National Institute for R and D in Physics and Nuclear Engineering), S. A. Ghinescu(Horia Hulubei National Institute for R and D in Physics and Nuclear Engineering), O. Hutanu(Horia Hulubei National Institute for R and D in Physics and Nuclear Engineering), A. Baeva(Joint Institute for Nuclear Research), D. Baigarashev(Joint Institute for Nuclear Research), D. Emelyanov(Joint Institute for Nuclear Research), T. Enik(Joint Institute for Nuclear Research), V. Falaleev(Joint Institute for Nuclear Research), V. Kekelidze(Joint Institute for Nuclear Research), A. Korotkova(Joint Institute for Nuclear Research), L. Litov(Joint Institute for Nuclear Research), D. Madigozhin(Joint Institute for Nuclear Research), M. Misheva(Joint Institute for Nuclear Research), N. Molokanova(Joint Institute for Nuclear Research), S. Movchan(Joint Institute for Nuclear Research), I. Polenkevich(Joint Institute for Nuclear Research), Yu. Potrebenikov(Joint Institute for Nuclear Research), S. Shkarovskiy(Joint Institute for Nuclear Research), A. Zinchenko(Joint Institute for Nuclear Research), S. Fedotov(Institute for Nuclear Research), E. Gushchin(Institute for Nuclear Research), A. Khotyantsev(Institute for Nuclear Research), Y. Kudenko(Institute for Nuclear Research), V. Kurochka(Institute for Nuclear Research), M. Medvedeva(Institute for Nuclear Research), A. Mefodev(Institute for Nuclear Research), S. Kholodenko(Institute for High Energy Physics), V. Kurshetsov(Institute for High Energy Physics), V. Obraztsov(Institute for High Energy Physics), A. Ostankov(Institute for High Energy Physics), V. Semenov(Institute for High Energy Physics), V.P. Sugonyaev(Institute for High Energy Physics), O. Yushchenko(Institute for High Energy Physics), L. Bician(Comenius University Bratislava), T. Blažek(Comenius University Bratislava), V. Černý(Comenius University Bratislava), Z. Kucerova(Comenius University Bratislava), J. Bernhard(European Organization for Nuclear Research), A. Ceccucci(European Organization for Nuclear Research), H. Danielsson(European Organization for Nuclear Research), N. De Simone(European Organization for Nuclear Research), F. Duval(European Organization for Nuclear Research), Babette Döbrich(European Organization for Nuclear Research), L. Federici(European Organization for Nuclear Research), E. Gamberini(European Organization for Nuclear Research), L. Gatignon(European Organization for Nuclear Research), R. Guida(European Organization for Nuclear Research), F. Hahn(European Organization for Nuclear Research), Eva Barbara Holzer(European Organization for Nuclear Research), B. Jenninger(European Organization for Nuclear Research), M. Koval(European Organization for Nuclear Research), P. Laycock(Brookhaven National Laboratory), G. Lehmann Miotto(European Organization for Nuclear Research), P. Lichard(European Organization for Nuclear Research), A. Mapelli(European Organization for Nuclear Research), R. Marchevski(European Organization for Nuclear Research), K. Massri(European Organization for Nuclear Research), M. Noy(European Organization for Nuclear Research), V. Palladino(European Organization for Nuclear Research), M. Perrin‐Terrin(European Organization for Nuclear Research), J. Pinzino(European Organization for Nuclear Research), V. Ryjov(European Organization for Nuclear Research), S. Schuchmann(European Organization for Nuclear Research), S. Venditti(European Organization for Nuclear Research), T. Bache(University of Birmingham), M. B. Brunetti(University of Birmingham), V. Duk(University of Birmingham), V. Fascianelli(University of Birmingham), J. R. Fry(University of Birmingham), F. Gonnella(University of Birmingham), E. Goudzovski(University of Birmingham), Jack Henshaw(University of Birmingham), L. Iacobuzio(University of Birmingham), C. Lazzeroni(University of Birmingham), N. Lurkin(University of Birmingham), F. Newson(University of Birmingham), C. J. Parkinson(University of Birmingham), A. Romano(University of Birmingham), A. Sergi(University of Birmingham), A. Sturgess(University of Birmingham), J. Swallow(University of Birmingham), H. F. Heath(University of Bristol), R. Page(University of Bristol), S. M. Trilov(University of Bristol), B. Angelucci(University of Glasgow), D. Britton(University of Glasgow), C. Graham(University of Glasgow), D. Protopopescu(University of Glasgow), J. Carmignani(Lancaster University), J.B. Dainton(Lancaster University), R. W. L. Jones(Lancaster University), G. Ruggiero(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Firenze), L. Fulton(University of Liverpool), D. Hutchcroft(University of Liverpool), E. Maurice(University of Liverpool), B. Wrona(University of Liverpool), A. Conovaloff(George Mason University), P. S. Cooper(George Mason University), D. Coward(George Mason University), P. Rubin(George Mason University)
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Abstract
A bstract The NA62 experiment reports the branching ratio measurement $$ \mathrm{BR}\left({K}^{+}\to {\pi}^{+}\nu \overline{\nu}\right)=\left({10.6}_{-3.4}^{+4.0}\left|{}_{\mathrm{stat}}\right.\pm {0.9}_{\mathrm{syst}}\right)\times {10}^{-11} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>BR</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>π</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:mi>ν</mml:mi> <mml:mover> <mml:mi>ν</mml:mi> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mn>10.6</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3.4</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>4.0</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mfenced> <mml:msub> <mml:mrow/> <mml:mtext>stat</mml:mtext> </mml:msub> </mml:mfenced> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:msub> <mml:mn>0.9</mml:mn> <mml:mtext>syst</mml:mtext> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>11</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> at 68% CL, based on the observation of 20 signal candidates with an expected background of 7.0 events from the total data sample collected at the CERN SPS during 2016–2018. This provides evidence for the very rare K + → $$ {\pi}^{+}\nu \overline{\nu} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>π</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:mi>ν</mml:mi> <mml:mover> <mml:mi>ν</mml:mi> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mover> </mml:math> decay, observed with a significance of 3.4 σ . The experiment achieves a single event sensitivity of (0 . 839 ± 0 . 054) × 10 − 11 , corresponding to 10.0 events assuming the Standard Model branching ratio of (8 . 4 ± 1 . 0) × 10 − 11 . This measurement is also used to set limits on BR( K + → π + X ), where X is a scalar or pseudo-scalar particle. Details are given of the analysis of the 2018 data sample, which corresponds to about 80% of the total data sample.
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