Search for heavy neutral leptons using tau lepton decays at BABAR

Lees, J.  p.; Poireau, V.; Tisserand, V.; Grauges, E.; Palano, A.; Eigen, G.; Brown, D.  n.; Kolomensky, Yu.  g.; Fritsch, M.; Koch, H.; Cheaib, R.; Hearty, C.; Mattison, T.  s.; Mckenna, J.  a.; R.  y., So; Blinov, V.  e.; Buzykaev, A.  r.; Druzhinin, V.  p.; Kozyrev, E.  a.; Kravchenko, E.  a.; Serednyakov, S.  i.; Skovpen, Yu.  i.; Solodov, E.  p.; Todyshev, K.  yu.; Lankford, A.  j.; Dey, B.; Gary, J.  w.; Long, O.; Eisner, A.  m.; Lockman, W.  s.; Panduro Vazquez, W.; Chao, D.  s.; Cheng, C.  h.; Echenard, B.; Flood, K.  t.; Hitlin, D.  g.; Li, Y.; Lin, D.  x.; Middleton, S.; Miyashita, T.  s.; Ongmongkolkul, P.; Oyang, J.; Porter, F.  c.; Röhrken, M.; Meadows, B.  t.; Sokoloff, M.  d.; Smith, J.  g.; Wagner, S.  r.; Bernard, D.; Verderi, M.; Bettoni, D.; Bozzi, C.; Calabrese, R.; Cibinetto, G.; Fioravanti, E.; Garzia, I.; Luppi, E.; Santoro, V.; Calcaterra, A.; De Sangro, R.; Finocchiaro, G.; Martellotti, S.; Patteri, P.; Peruzzi, I.  m.; Piccolo, M.; Rotondo, M.; Zallo, A.; Passaggio, S.; Patrignani, C.; Shuve, B.  j.; Lacker, H.  m.; Bhuyan, B.; Mallik, U.; Chen, C.; Cochran, J.; Prell, S.; Gritsan, A.  v.; Arnaud, N.; Davier, M.; Le Diberder, F.; Lutz, A.  m.; Wormser, G.; Lange, D.  j.; Wright, D.  m.; Coleman, J.  p.; Hutchcroft, D.  e.; Payne, D.  j.; Touramanis, C.; Bevan, A.  j.; Di Lodovico, F.; Cowan, G.; Banerjee, Sw.; Brown, D.  n.; Davis, C.  l.; Denig, A.  g.; Gradl, W.; Griessinger, K.; Hafner, A.; Schubert, K.  r.; Barlow, R.  j.; Lafferty, G.  d.; Cenci, R.; Jawahery, A.; Roberts, D.  a.; Cowan, R.; Robertson, S.  h.; Seddon, R.  m.; Neri, N.; Palombo, F.; Cremaldi, L.; Godang, R.; Summers, D.  j.; De Nardo, G.; Sciacca, C.; Jessop, C.  p.; Losecco, J.  m.; Honscheid, K.; Gaz, A.; Margoni, M.; Simi, G.; Simonetto, F.; Stroili, R.; Akar, S.; Ben-Haim, E.; Bomben, M.; Bonneaud, G.  r.; Calderini, G.; Chauveau, J.; Marchiori, G.; Ocariz, J.; Biasini, M.; Manoni, E.; Rossi, A.; Batignani, G.; Bettarini, S.; Carpinelli, M.; Casarosa, G.; Chrzaszcz, M.; Forti, F.; Giorgi, M.  a.; Lusiani, A.; Oberhof, B.; Paoloni, E.; Rama, M.; Rizzo, G.; Walsh, J.  j.; Zani, L.; Smith, A.  j.  s.; Anulli, F.; Faccini, R.; Ferrarotto, F.; Ferroni, F.; Pilloni, A.; Bünger, C.; Dittrich, S.; Grünberg, O.; Leddig, T.; Voß, C.; Waldi, R.; Adye, T.; Wilson, F.  f.; Emery, S.; Vasseur, G.; Aston, D.; Cartaro, C.; Convery, M.  r.; Ebert, M.; Field, R.  c.; Fulsom, B.  g.; Graham, M.  t.; Hast, C.; Kim, P.; Luitz, S.; Macfarlane, D.  b.; Muller, D.  r.; Neal, H.; Ratcliff, B.  n.; Roodman, A.; Sullivan, M.  k.; Va'Vra, J.; Wisniewski, W.  j.; Purohit, M.  v.; Wilson, J.  r.; Sekula, S.  j.; Ahmed, H.; Tasneem, N.; Bellis, M.; Burchat, P.  r.; Puccio, E.  m.  t.; Ernst, J.  a.; Gorodeisky, R.; Guttman, N.; Peimer, D.  r.; Soffer, A.; Spanier, S.  m.; Ritchie, J.  l.; Izen, J.  m.; Lou, X.  c.; Bianchi, F.; De Mori, F.; Filippi, A.; Lanceri, L.; Vitale, L.; Martinez-Vidal, F.; Oyanguren, A.; Albert, J.; Beaulieu, A.; Bernlochner, F.  u.; King, G.  j.; Kowalewski, R.; Lueck, T.; Miller, C.; Nugent, I.  m.; Roney, J.  m.; Sobie, R.  j.; Gershon, T.  j.; Harrison, P.  f.; Latham, T.  e.; S.  l., Wu; Null, Null

doi:10.1103/physrevd.107.052009

This article presents a model-independent search for an additional, mostly sterile, heavy neutral lepton (HNL), that is capable of mixing with the Standard Model τ neutrino with a mixing strength of |Uτ4|2, corresponding to the absolute square of the extended Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata matrix element. Data from the BABAR experiment, with a total integrated luminosity of 424 fb-1, are analyzed using a kinematic approach that makes no assumptions on the model behind the origins of the HNL, its lifetime or decay modes. No significant signal is found. Upper limits on |Uτ4|2 at the 95% confidence level, depend on the HNL mass hypothesis and vary from 2.31×10-2 to 5.04×10-6 (with all uncertainties considered), across the mass range 100<1300 MeV/c2; the more stringent limits being placed at higher masses.