Study of the rare B-s(0) and B-0 decays into the pi(+) pi(-) mu(+) mu(-) final state

Aaij, R.; Adeva, B.; Adinolfi, M.; Affolder, A.; Ajaltouni, Z.; Akar, S.; Albrecht, J.; Alessio, F.; Alexander, M.; Ali, S.; Alkhazov, G.; Alvarez, Cartelle P.; Alves, A. A. J. r.; Amato, S.; Amerio, S.; Amhis, Y.; An, L.; Anderlini, L.; Anderson, J.; Andreassen, R.; Andreotti, M.; Andrews, J. E.; Appleby, R. B.; Aquines, Gutierrez O.; Archilli, F.; Artamonov, A.; Artuso, M.; Aslanides, E.; Auriemma, G.; Baalouch, M.; Bachmann, S.; Back, J. J.; Badalov, A.; Baesso, C.; Baldini, W.; Barlow, R. J.; Barschel, C.; Barsuk, S.; Barter, W.; Batozskaya, V.; Battista, V.; Bay, A.; Beaucourt, L.; Beddow, J.; Bedeschi, F.; Bediaga, I.; Belogurov, S.; Belous, K.; Belyaev, I.; Ben Haim, E.; Bencivenni, G.; Benson, S.; Benton, J.; Berezhnoy, A.; Bernet, R.; Bertolin, A.; Bettler, M. O.; van Beuzekom, M.; Bien, A.; Bifani, S.; Bird, T.; Bizzeti, A.; Bjornstad, P. M.; Blake, T.; Blanc, F.; Blouw, J.; Blusk, S.; Bocci, V.; Bondar, A.; Bondar, N.; Bonivento, W.; Borghi, S.; Borgia, A.; Borsato, M.; Bowcock, T. J. V.; Bowen, E.; Bozzi, C.; Brett, D.; Britsch, M.; Britton, T.; Brodzicka, J.; Brook, N. H.; Bursche, A.; Buytaert, J.; Cadeddu, S.; Calabrese, R.; Calvi, M.; Calvo, Gomez M.; Campana, P.; Campora, Perez D.; Capriotti, L.; Carbone, A.; Carboni, G.; Cardinale, R.; Cardini, A.; Carson, L.; Carvalho, Akiba K.; Casanova, Mohr R. C. M.; Casse, G.; Cassina, L.; Castillo, Garcia L.; Cattaneo, M.; Cauet, C. h.; Cenci, R.; Charles, M.; Charpentier, P. h.; Chefdeville, M.; Chen, S.; Cheung, S. F.; Chiapolini, N.; Chrzaszcz, M.; Cid, Vidal X.; Ciezarek, G.; Clarke, P. E. L.; Clemencic, M.; Cliff, H. V.; Closier, J.; Coco, V.; Cogan, J.; Cogneras, E.; Cogoni, Violetta; Cojocariu, L.; Collazuol, G.; Collins, P.; Comerma Montells, A.; Contu, A.; Cook, A.; Coombes, M.; Coquereau, S.; Corti, G.; Corvo, M.; Counts, I.; Couturier, B.; Cowan, G. A.; Craik, D. C.; Crocombe, A. C.; Cruz, Torres M.; Cunliffe, S.; Currie, R.; D'Ambrosio, C.; Dalseno, J.; David, P.; David, P. N. Y.; Davis, A.; De Bruyn, K.; De Capua, S.; De Cian, M.; De Miranda, J. M.; De Paula, L.; De Silva, W.; De Simone, P.; Dean, C. T.; Decamp, D.; Deckenhoff, M.; Del Buono, L.; Deleage, N.; Derkach, D.; Deschamps, O.; Dettori, F.; Dey, B.; Di Canto, A.; Di Domenico, A.; Dijkstra, H.; Donleavy, S.; Dordei, F.; Dorigo, M.; Dosil, Suarez A.; Dossett, D.; Dovbnya, A.; Dreimanis, K.; Dujany, G.; Dupertuis, F.; Durante, P.; Dzhelyadin, R.; Dziurda, A.; Dzyuba, A.; Easo, S.; Egede, U.; Egorychev, V.; Eidelman, S.; Eisenhardt, S.; Eitschberger, U.; Ekelhof, R.; Eklund, L.; El Rifai, I.; Elsasser, C. h.; Ely, S.; Esen, S.; Evans, H. M.; Evans, T.; Falabella, A.; Faerber, C.; Farinelli, C.; Farley, N.; Farry, S.; Fay, R.; Ferguson, D.; Fernandez, Albor V.; Ferreira, Rodrigues F.; Ferro Luzzi, M.; Filippov, S.; Fiore, M.; Fiorini, M.; Firlej, M.; Fitzpatrick, C.; Fiutowski, T.; Fol, P.; Fontana, M.; Fontanelli, F.; Forty, R.; Francisco, O.; Frank, M.; Frei, C.; Frosini, M.; Fu, J.; Furfaro, E.; Gallas, Torreira A.; Galli, D.; Gallorini, S.; Gambetta, S.; Gandelman, M.; Gandini, P.; Gao, Y.; Garcia, Pardinas J.; Garofoli, J.; Garra, Tico J.; Garrido, L.; Gascon, D.; Gaspar, C.; Gastaldi, U.; Gauld, R.; Gavardi, L.; Gazzoni, G.; Geraci, A.; Gersabeck, E.; Gersabeck, M.; Gershon, T.; Ghez, P. h.; Gianelle, A.; Giani, S.; Gibson, V.; Giubega, L.; Gligorov, V. V.; Goebel, C.; Golubkov, D.; Golutvin, A.; Gomes, A.; Gotti, C.; Grabalosa, Gandara M.; Graciani, Diaz R.; Granado, Cardoso L. A.; Grauges, E.; Graverini, E.; Graziani, G.; Grecu, A.; Greening, E.; Gregson, S.; Griffith, P.; Grillo, L.; Gruenberg, O.; Gui, B.; Gushchin, E.; Guz, Y. u.; Gys, T.; Hadjivasiliou, C.; Haefeli, G.; Haen, C.; Haines, S. C.; Hall, S.; Hamilton, B.; Hampson, T.; Han, X.; Hansmann Menzemer, S.; Harnew, N.; Harnew, S. T.; Harrison, J.; He, J.; Head, T.; Heijne, V.; Hennessy, K.; Henrard, P.; Henry, L.; Hernando, Morata J. A.; van Herwijnen, E.; Hess, M.; Hicheur, A.; Hill, D.; Hoballah, M.; Hombach, C.; Hulsbergen, W.; Hussain, N.; Hutchcroft, D.; Hynds, D.; Idzik, M.; Ilten, P.; Jacobsson, R.; Jaeger, A.; Jalocha, J.; Jans, E.; Jawahery, A.; Jing, F.; John, M.; Johnson, D.; Jones, C. R.; Joram, C.; Jost, B.; Jurik, N.; Kandybei, S.; Kanso, W.; Karacson, M.; Karbach, T. M.; Karodia, S.; Kelsey, M.; Kenyon, I. R.; Ketel, T.; Khanji, B.; Khurewathanakul, C.; Klaver, S.; Klimaszewski, K.; Kochebina, O.; Kolpin, M.; Komarov, I.; Koopman, R. F.; Koppenburg, P.; Korolev, M.; Kravchuk, L.; Kreplin, K.; Kreps, M.; Krocker, G.; Krokovny, P.; Kruse, F.; Kucewicz, W.; Kucharczyk, M.; Kudryavtsev, V.; Kurek, K.; Kvaratskheliya, T.; La Thi, V. N.; Lacarrere, D.; Lafferty, G.; Lai, A.; Lambert, D.; Lambert, R. W.; Lanfranchi, G.; Langenbruch, C.; Langhans, B.; Latham, T.; Lazzeroni, C.; Le Gac, R.; van Leerdam, J.; Lees, J. P.; Lefevre, R.; Leflat, A.; Lefrancois, J.; Leroy, O.; Lesiak, T.; Leverington, B.; Li, Y.; Likhomanenko, T.; Liles, M.; Lindner, R.; Linn, C.; Lionetto, F.; Liu, B.; Lohn, S.; Longstaff, I.; Lopes, J. H.; Lowdon, P.; Lucchesi, D.; Luo, H.; Lupato, A.; Luppi, E.; Lupton, O.; Machefert, F.; Machikhiliyan, I. V.; Maciuc, F.; Maev, O.; Malde, S.; Malinin, A.; Manca, Giulia; Mancinelli, G.; Mapelli, A.; Maratas, J.; Marchand, J. F.; Marconi, U.; Marin, Benito C.; Marino, P.; Maerki, R.; Marks, J.; Martellotti, G.; Martinelli, M.; Martinez, Santos D.; Martinez, Vidal F.; Martins, Tostes D.; Massafferri, A.; Matev, R.; Mathe, Z.; Matteuzzi, C.; Mazurov, A.; Mccann, M.; Mccarthy, J.; Mcnab, A.; Mcnulty, R.; Mcskelly, B.; Meadows, B.; Meier, F.; Meissner, M.; Merk, M.; Milanes, D. A.; Minard, M. N.; Moggi, N.; Molina, Rodriguez J.; Monteil, S.; Morandin, M.; Morawski, P.; Morda, A.; Morello, M. J.; Moron, J.; Morris, A. B.; Mountain, R.; Muheim, F.; Muller, K.; Mussini, M.; Muster, B.; Naik, P.; Nakada, T.; Nandakumar, R.; Nasteva, I.; Needham, M.; Neri, N.; Neubert, S.; Neufeld, N.; Neuner, M.; Nguyen, A. D.; Nguyen, T. D.; Nguyen Mau, C.; Nicol, M.; Niess, V.; Niet, R.; Nikitin, N.; Nikodem, T.; Novoselov, A.; O'Hanlon, D. P.; Oblakowska Mucha, A.; Obraztsov, V.; Ogilvy, S.; Okhrimenko, O.; Oldeman, RUDOLF GERHARD CHRISTIAAN; Onderwater, C. J. G.; Orlandea, M.; Osorio, Rodrigues B.; Otalora, Goicochea J. M.; Otto, A.; Owen, P.; Oyanguren, A.; Pal, B. K.; Palano, A.; Palombo, F.; Palutan, M.; Panman, J.; Papanestis, A.; Pappagallo, M.; Pappalardo, L. L.; Parkes, C.; Parkinson, C. J.; Passaleva, G.; Patel, G. D.; Patel, M.; Patrignani, C.; Pearce, A.; Pellegrino, A.; Penso, G.; Pepe, Altarelli M.; Perazzini, S.; Perret, P.; Pescatore, L.; Pesen, E.; Petridis, K.; Petrolini, A.; Picatoste, Olloqui E.; Pietrzyk, B.; Pilar, T.; Pinci, D.; Pistone, A.; Playfer, S.; Plo, Casasus M.; Polci, F.; Poluektov, A.; Polyakov, I.; Polycarpo, E.; Popov, A.; Popov, D.; Popovici, B.; Potterat, C.; Price, E.; Price, J. D.; Prisciandaro, J.; Pritchard, A.; Prouve, C.; Pugatch, V.; Puig, Navarro A.; Punzi, G.; Qian, W.; Rachwal, B.; Rademacker, J. H.; Rakotomiaramanana, B.; Rama, M.; Rangel, M. S.; Raniuk, I.; Rauschmayr, N.; Raven, G.; Redi, F.; Reichert, S.; Reid, M. M.; dos Reis, A. C.; Ricciardi, S.; Richards, S.; Rihl, M.; Rinnert, K.; Rives, Molina V.; Robbe, P.; Rodrigues, A. B.; Rodrigues, E.; Rodriguez, Perez P.; Roiser, S.; Romanovsky, V.; Romero, Vidal A.; Rotondo, M.; Rouvinet, J.; Ruf, T.; Ruiz, H.; Ruiz, Valls P.; Saborido, Silva J. J.; Sagidova, N.; Sail, P.; Saitta, Biagio; Salustino, Guimaraes V.; Sanchez, Mayordomo C.; Sanmartin, Sedes B.; Santacesaria, R.; Santamarina, Rios C.; Santovetti, E.; Sarti, A.; Satriano, C.; Satta, A.; Saunders, D. M.; Savrina, D.; Schiller, M.; Schindler, H.; Schlupp, M.; Schmelling, M.; Schmidt, B.; Schneider, O.; Schopper, A.; Schune, M. H.; Schwemmer, R.; Sciascia, B.; Sciubba, A.; Semennikov, A.; Sepp, I.; Serra, N.; Serrano, J.; Sestini, L.; Seyfert, P.; Shapkin, M.; Shapoval, I.; Shcheglov, Y.; Shears, T.; Shekhtman, L.; Shevchenko, V.; Shires, A.; Silva, Coutinho R.; Simi, G.; Sirendi, M.; Skidmore, N.; Skillicorn, I.; Skwarnicki, T.; Smith, N. A.; Smith, E.; Smith, E.; Smith, J.; Smith, M.; Snoek, H.; Sokoloff, M. D.; Soler, F. J. P.; Soomro, F.; Souza, D.; Souza, De Paula B.; Spaan, B.; Spradlin, P.; Sridharan, S.; Stagni, F.; Stahl, M.; Stahl, S.; Steinkamp, O.; Stenyakin, O.; Sterpka, F.; Stevenson, S.; Stoica, S.; Stone, S.; Storaci, B.; Stracka, S.; Straticiuc, M.; Straumann, U.; Stroili, R.; Sun, L.; Sutcliffe, W.; Swientek, K.; Swientek, S.; Syropoulos, V.; Szczekowski, M.; Szczypka, P.; Szumlak, T.; T'Jampens, S.; Teklishyn, M.; Tellarini, G.; Teubert, F.; Thomas, C.; Thomas, E.; van Tilburg, J.; Tisserand, V.; Tobin, M.; Todd, J.; Tolk, S.; Tomassetti, L.; Tonelli, D.; Topp Joergensen, S.; Torr, N.; Tournefier, E.; Tourneur, S.; Tran, M. T.; Tresch, M.; Trisovic, A.; Tsaregorodtsev, A.; Tsopelas, P.; Tuning, N.; Ubeda, Garcia M.; Ukleja, A.; Ustyuzhanin, A.; Uwer, U.; Vacca, Claudia; Vagnoni, V.; Valenti, G.; Vallier, A.; Vazquez, Gomez R.; Vazquez, Regueiro P.; Vazquez, Sierra C.; Vecchi, S.; Velthuis, J. J.; Veltri, M.; Veneziano, G.; Vesterinen, M.; Viana, Barbosa J. V. V. B.; Viaud, B.; Vieira, D.; Vieites, Diaz M.; Vilasis Cardona, X.; Vollhardt, A.; Volyanskyy, D.; Voong, D.; Vorobyev, A.; Vorobyev, V.; Voss, C.; de Vries, J. A.; Waldi, R.; Wallace, C.; Wallace, R.; Walsh, J.; Wandernoth, S.; Wang, J.; Ward, D. R.; Watson, N. K.; Websdale, D.; Whitehead, M.; Wiedner, D.; Wilkinson, G.; Wilkinson, M.; Williams, M. P.; Williams, M.; Wilschut, H. W.; Wilson, F. F.; Wimberley, J.; Wishahi, J.; Wislicki, W.; Witek, M.; Wormser, G.; Wotton, S. A.; Wright, S.; Wyllie, K.; Xie, Y.; Xing, Z.; Xu, Z.; Yang, Z.; Yuan, X.; Yushchenko, O.; Zangoli, M.; Zavertyaev, M.; Zhang, L.; Zhang, W. C.; Zhang, Y.; Zhelezov, A.; Zhokhov, A.; Zhong, L.

doi:10.1016/j.physletb.2015.02.010

A search for the rare decays Bs0→π+π-μ+μ- and B0→π+π-μ+μ- is performed in a data set corresponding to an integrated luminosity of 3.0 fb-1 collected by the LHCb detector in proton-proton collisions at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV. Decay candidates with pion pairs that have invariant mass in the range 0.5-1.3 GeV/c2 and with muon pairs that do not originate from a resonance are considered. The first observation of the decay Bs0→π+π-μ+μ- and the first evidence of the decay B0→π+π-μ+μ- are obtained and the branching fractions, restricted to the dipion-mass range considered, are measured to be B(Bs0→π+π-μ+μ-)=(8.6±1.5(stat)±0.7(syst)±0.7(norm))×10-8 and B(B0→π+π-μ+μ-)=(2.11±0.51(stat)±0.15(syst)±0.16(norm))×10-8, where the third uncertainty is due to the branching fraction of the decay B0→J/ψ(→μ+μ-)K*(892)0(→K+π-), used as a normalisation.