Search for lepton-flavor-violating tau decays to ℓα at Belle

Uno, K.; Hayasaka, K.; Inami, K.; Aihara, H.; Ayad, R.; Banerjee, S.; Belous, K.; Bennett, J.; Bessner, M.; Biswas, D.; Bodrov, D.; Bracko, M.; Branchini, P.; Browder, T. E.; Budano, A.; Campajola, M.; Cho, K.; Choi, S. -K.; Choi, Y.; Choudhury, S.; De Nardo, G.; De Pietro, G.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Dolezal, Z.; Ecker, P.; Epifanov, D.; Ferber, T.; Fulsom, B. G.; Gaur, V.; Giri, A.; Goldenzweig, P.; Graziani, E.; Guan, Y.; Gudkova, K.; Hadjivasiliou, C.; Hara, T.; Hayashii, H.; Herrmann, D.; Hsu, C. -L.; Ipsita, N.; Ishikawa, A.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jacobs, W. W.; Jin, Y.; Kiesling, C.; Kim, C. H.; Kim, D. Y.; Kim, K. -H.; Kinoshita, K.; Kodys, P.; Korobov, A.; Korpar, S.; Kovalenko, E.; Krokovny, P.; Kumar, R.; Kumara, K.; Kuzmin, A.; Kwon, Y. -J.; Lam, T.; L. K., Li; Y. B., Li; Gioi, L. L.; Libby, J.; Liventsev, D.; Ma, Y.; Masuda, M.; Matsuda, T.; Matvienko, D.; Meier, F.; Merola, M.; Miyabayashi, K.; Mohanty, G. B.; Nakao, M.; Nakazawa, H.; Natochii, A.; Niiyama, M.; Nishida, S.; Ogawa, S.; Ono, H.; Pardi, S.; Park, J.; Park, S. -H.; Patra, S.; Paul, S.; Pedlar, T. K.; Piilonen, L. E.; Podobnik, T.; Prell, S.; Prencipe, E.; Prim, M. T.; Russo, G.; Sandilya, S.; Santelj, L.; Savinov, V.; Schnell, G.; Schwanda, C.; Seino, Y.; Senyo, K.; Shan, W.; Shiu, J. -G.; Shwartz, B.; Simon, F.; Singh, J. B.; Solovieva, E.; Staric, M.; Sumihama, M.; Takizawa, M.; Tanida, K.; Tenchini, F.; Trabelsi, K.; Uehara, S.; Uglov, T.; Unno, Y.; Uno, S.; Wang, M. -Z.; Won, E.; Yabsley, B. D.; Yook, Y.; Yuan, C. Z.; Yuan, L.; Yusa, Y.; Zhang, Z. P.; Zhilich, V.

doi:10.1007/JHEP08(2025)155

We report a search for the lepton-flavor-violating decays τ± → ℓ±α (ℓ = e, μ), where α is an undetected spin-0 particle, such as an axion-like particle using 736 × 106 tau lepton pairs collected by the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy e+e− collider. We find no evidence of signal and obtain the most stringent upper limits on the branching fractions at 95% confidence level: (τ± → e±α) < (0.4–6.4) × 10−4 and (τ± → μ±α) < (0.2–3.5) × 10−4 at 95% confidence level for an α mass in the range 0.0 ≤ mα ≤ 1.6 GeV/c2.

Search for lepton-flavor-violating tau decays to ℓα at Belle / Uno, K.; Hayasaka, K.; Inami, K.; Aihara, H.; Ayad, R.; Banerjee, S.; Belous, K.; Bennett, J.; Bessner, M.; Biswas, D.; Bodrov, D.; Bracko, M.; Branchini, P.; Browder, T. E.; Budano, A.; Campajola, M.; Cho, K.; Choi, S. -K.; Choi, Y.; Choudhury, S.; De Nardo, G.; De Pietro, G.; Di Capua, F.; Dingfelder, J.; Dolezal, Z.; Ecker, P.; Epifanov, D.; Ferber, T.; Fulsom, B. G.; Gaur, V.; Giri, A.; Goldenzweig, P.; Graziani, E.; Guan, Y.; Gudkova, K.; Hadjivasiliou, C.; Hara, T.; Hayashii, H.; Herrmann, D.; Hsu, C. -L.; Ipsita, N.; Ishikawa, A.; Itoh, R.; Iwasaki, M.; Jacobs, W. W.; Jin, Y.; Kiesling, C.; Kim, C. H.; Kim, D. Y.; Kim, K. -H.; Kinoshita, K.; Kodys, P.; Korobov, A.; Korpar, S.; Kovalenko, E.; Krokovny, P.; Kumar, R.; Kumara, K.; Kuzmin, A.; Kwon, Y. -J.; Lam, T.; Li, L. K.; Li, Y. B.; Gioi, L. L.; Libby, J.; Liventsev, D.; Ma, Y.; Masuda, M.; Matsuda, T.; Matvienko, D.; Meier, F.; Merola, M.; Miyabayashi, K.; Mohanty, G. B.; Nakao, M.; Nakazawa, H.; Natochii, A.; Niiyama, M.; Nishida, S.; Ogawa, S.; Ono, H.; Pardi, S.; Park, J.; Park, S. -H.; Patra, S.; Paul, S.; Pedlar, T. K.; Piilonen, L. E.; Podobnik, T.; Prell, S.; Prencipe, E.; Prim, M. T.; Russo, G.; Sandilya, S.; Santelj, L.; Savinov, V.; Schnell, G.; Schwanda, C.; Seino, Y.; Senyo, K.; Shan, W.; Shiu, J. -G.; Shwartz, B.; Simon, F.; Singh, J. B.; Solovieva, E.; Staric, M.; Sumihama, M.; Takizawa, M.; Tanida, K.; Tenchini, F.; Trabelsi, K.; Uehara, S.; Uglov, T.; Unno, Y.; Uno, S.; Wang, M. -Z.; Won, E.; Yabsley, B. D.; Yook, Y.; Yuan, C. Z.; Yuan, L.; Yusa, Y.; Zhang, Z. P.; Zhilich, V.. - In: JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS. - ISSN 1029-8479. - 2025:8(2025). [10.1007/JHEP08(2025)155]