Search for the Lepton-Flavor Violating Decays B + → π + μ ± e ∓

The first search for the lepton-flavor violating decays <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <a:mrow> <a:msup> <a:mrow> <a:mi>B</a:mi> </a:mrow> <a:mrow> <a:mo>+</a:mo> </a:mrow> </a:msup> <a:mo stretchy="false">→</a:mo> <a:mrow> <a:msup> <a:mrow> <a:mi>π</a:mi> </a:mrow> <a:mrow> <a:mo>+</a:mo> </a:mrow> </a:msup> <a:msup> <a:mrow> <a:mi>μ</a:mi> </a:mrow> <a:mrow> <a:mo>±</a:mo> </a:mrow> </a:msup> <a:msup> <a:mrow> <a:mi>e</a:mi> </a:mrow> <a:mrow> <a:mo>∓</a:mo> </a:mrow> </a:msup> </a:mrow> </a:mrow> </a:math> in proton-proton collisions is presented, using data collected by the LHCb experiment between 2011 and 2018, corresponding to an integrated luminosity of <d:math xmlns:d="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <d:mrow> <d:mn>9</d:mn> <d:mtext> </d:mtext> <d:mtext> </d:mtext> <d:msup> <d:mrow> <d:mi>fb</d:mi> </d:mrow> <d:mrow> <d:mo>−</d:mo> <d:mn>1</d:mn> </d:mrow> </d:msup> </d:mrow> </d:math> . No significant signal is observed and an upper limit on the branching fraction is set at <f:math xmlns:f="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <f:mrow> <f:mi mathvariant="script">B</f:mi> <f:mo stretchy="false">(</f:mo> <f:mrow> <f:msup> <f:mrow> <f:mi>B</f:mi> </f:mrow> <f:mrow> <f:mo>+</f:mo> </f:mrow> </f:msup> <f:mo stretchy="false">→</f:mo> <f:mrow> <f:msup> <f:mrow> <f:mi>π</f:mi> </f:mrow> <f:mrow> <f:mo>+</f:mo> </f:mrow> </f:msup> <f:msup> <f:mrow> <f:mi>μ</f:mi> </f:mrow> <f:mrow> <f:mo>±</f:mo> </f:mrow> </f:msup> <f:msup> <f:mrow> <f:mi>e</f:mi> </f:mrow> <f:mrow> <f:mo>∓</f:mo> </f:mrow> </f:msup> </f:mrow> </f:mrow> <f:mo stretchy="false">)</f:mo> <f:mo><</f:mo> <f:mn>1.8</f:mn> <f:mo>×</f:mo> <f:msup> <f:mrow> <f:mn>10</f:mn> </f:mrow> <f:mrow> <f:mo>−</f:mo> <f:mn>9</f:mn> </f:mrow> </f:msup> </f:mrow> </f:math> at the 90% confidence level, 2 orders of magnitude more restrictive than the most stringent upper limit to date. This is the first constraint on lepton-flavor violating <l:math xmlns:l="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <l:mi>b</l:mi> <l:mo stretchy="false">→</l:mo> <l:mi>d</l:mi> </l:math> quark transitions at the LHC and also sets the most stringent upper limits to date on <o:math xmlns:o="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <o:mi>b</o:mi> <o:mo stretchy="false">→</o:mo> <o:mrow> <o:mi>d</o:mi> <o:msup> <o:mi>μ</o:mi> <o:mo>±</o:mo> </o:msup> <o:msup> <o:mi>e</o:mi> <o:mo>∓</o:mo> </o:msup> </o:mrow> </o:math> transitions. Limits on left-handed and scalar scenarios beyond the standard model are also reported.