Observation of the $$ {K}^{+}\to {\pi}^{+}\nu \overline{\nu} $$ decay and measurement of its branching ratio

Abstract

A bstract A measurement of the $$ {K}^{+}\to {\pi}^{+}\nu \overline{\nu} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <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:math> decay by the NA62 experiment at the CERN SPS is presented, using data collected in 2021 and 2022. This dataset was recorded, after modifications to the beamline and detectors, at a higher instantaneous beam intensity with respect to the 2016–2018 data taking. Combining NA62 data collected in 2016–2022, a measurement of $$ \mathcal{B}\left({K}^{+}\to {\pi}^{+}\nu \overline{\nu}\right)=\left({13.0}_{-3.0}^{+3.3}\right)\times {10}^{-11} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>B</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:msubsup> <mml:mn>13.0</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3.0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>3.3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </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> is reported. With 51 signal candidates observed and an expected background of $$ {18}_{-2}^{+3} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup> <mml:mn>18</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> events, $$ \mathcal{B}\left({K}^{+}\to {\pi}^{+}\nu \overline{\nu}\right) $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>B</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:math> becomes the smallest branching ratio measured with a signal significance above 5 σ .