(sub)GeV dark matter in the U(1)X Higgs portal model

被引：5

作者：

Amiri, Amir ^{[1
]}

Saez, Bastian Diaz ^{[2
]}

Ghorbani, Karim ^{[1
]}

机构：

[1] Arak Univ, Fac Sci, Phys Dept, Arak 3815688349, Iran

[2] Univ Santiago Chile, Dept Fis, Casilla 307, Santiago, Chile

来源：

PHYSICS LETTERS B | 2023年 / 844卷

关键词：

SEARCH;

D O I：

10.1016/j.physletb.2023.138119

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

In this research we consider a U(1)X gauge boson acting as a dark matter candidate. The vector dark matter (DM) gets mass when a complex singlet scalar breaks the gauge symmetry spontaneously, adding a second Higgs boson to the spectra. The dark matter candidates communicate with the SM particles via a scalar-Higgs portal. In this work, we concentrate on the masses of the vector dark matter and the scalar mediator below 10 GeV, aka light dark matter. Although we assume thermal freeze-out for the vector DM using the zero-moment of the full Boltzmann equation to calculate the relic abundance, we explore the effects of the second-moment when the vector DM annihilates resonantly. As typically light DM is highly sensitive to CMB bounds, we focus on two thermal mechanisms which alleviate this bound: dark matter annihilation via forbidden channels and near a pole. Other bounds from colliders, thermalization conditions, beam-dump experiments, and astrophysical observations are imposed. Taking into account all the bounds including the direct detection upper limits, the viable space is achieved.(c) 2023 The Author(s). Published by Elsevier B.V. This is an open access article under the CC BY license (http://creativecommons .org /licenses /by /4 .0/). Funded by SCOAP3.

引用

页数：10

共 47 条

[1] Search for a dimuon resonance in the Υ mass region [J].

Aaij, R. ;

Adeva, B. ;

Adinolfi, M. ;

Ajaltouni, Z. ;

Akar, S. ;

Albicocco, P. ;

Albrecht, J. ;

Alessio, F. ;

Alexander, M. ;

Alfonso Albero, A. ;

Ali, S. ;

Alkhazov, G. ;

Cartelle, P. Alvarez ;

Alves, A. A., Jr. ;

Amato, S. ;

Amerio, S. ;

Amhis, Y. ;

An, L. ;

Anderlini, L. ;

Andreassi, G. ;

Andreotti, M. ;

Andrews, J. E. ;

Appleby, R. B. ;

Archilli, F. ;

d'Argent, P. ;

Romeu, J. Arnau ;

Artamonov, A. ;

Artuso, M. ;

Aslanides, E. ;

Atzeni, M. ;

Auriemma, G. ;

Bachmann, S. ;

Back, J. J. ;

Baesso, C. ;

Baker, S. ;

Balagura, V ;

Baldini, W. ;

Baranov, A. ;

Barlow, R. J. ;

Barsuk, S. ;

Barter, W. ;

Baryshnikov, F. ;

Batozskaya, V ;

Battista, V ;

Bay, A. ;

Beddow, J. ;

Bedeschi, F. ;

Bediaga, I ;

Beiter, A. ;

Bel, L. J. .

JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS, 2018, (09)

[2] Search for long-lived scalar particles in B+→ K+χ(μ+ μ-) decays [J].

Aaij, R. ;

Adeva, B. ;

Adinolfi, M. ;

Ajaltouni, Z. ;

Akar, S. ;

Albrecht, J. ;

Alessio, F. ;

Alexander, M. ;

Ali, S. ;

Alkhazov, G. ;

Cartelle, P. Alvarez ;

Alves, A. A., Jr. ;

Amato, S. ;

Amerio, S. ;

Amhis, Y. ;

An, L. ;

Anderlini, L. ;

Andreassi, G. ;

Andreotti, M. ;

Andrews, J. E. ;

Appleby, R. B. ;

Archilli, F. ;

d'Argent, P. ;

Romeu, J. Arnau ;

Artamonov, A. ;

Artuso, M. ;

Aslanides, E. ;

Auriemma, G. ;

Baalouch, M. ;

Babuschkin, I. ;

Bachmann, S. ;

Back, J. J. ;

Badalov, A. ;

Baesso, C. ;

Baker, S. ;

Balagura, V. ;

Baldini, W. ;

Barlow, R. J. ;

Barschel, C. ;

Barsuk, S. ;

Barter, W. ;

Baryshnikov, F. ;

Baszczyk, M. ;

Batozskaya, V. ;

Batsukh, B. ;

Battista, V. ;

Bay, A. ;

Beaucourt, L. ;

Beddow, J. ;

Bedeschi, F. .

PHYSICAL REVIEW D, 2017, 95 (07)

[3] Search for Hidden-Sector Bosons in B0 → K*0μ+μ- Decays [J].

Aaij, R. ;

Adeva, B. ;

Adinolfi, M. ;

Affolder, A. ;

Ajaltouni, Z. ;

Akar, S. ;

Albrecht, J. ;

Alessio, F. ;

Alexander, M. ;

Ali, S. ;

Alkhazov, G. ;

Cartelle, P. Alvarez ;

Alves, A. A., Jr. ;

Amato, S. ;

Amerio, S. ;

Amhis, Y. ;

An, L. ;

Anderlini, L. ;

Anderson, J. ;

Andreassi, G. ;

Andreotti, M. ;

Andrews, J. E. ;

Appleby, R. B. ;

Gutierrez, O. Aquines ;

Archilli, F. ;

d'Argent, P. ;

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. ;

Bel, L. J. ;

Bellee, V. ;

Belloli, N. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 115 (16)

[4] First results from the CRESST-III low-mass dark matter program [J].

Abdelhameed, A. H. ;

Angloher, G. ;

Bauer, P. ;

Bento, A. ;

Bertoldo, E. ;

Bucci, C. ;

Canonica, L. ;

D'Addabbo, A. ;

Defay, X. ;

Di Lorenzo, S. ;

Erb, A. ;

Feilitzsch, F. v ;

Fichtinger, S. ;

Iachellini, N. Ferreiro ;

Fuss, A. ;

Gorla, P. ;

Hauff, D. ;

Jochum, J. ;

Kinast, A. ;

Kluck, H. ;

Kraus, H. ;

Langenkaemper, A. ;

Mancuso, M. ;

Mokina, V ;

Mondragon, E. ;

Muenster, A. ;

Olmi, M. ;

Ortmann, T. ;

Pagliarone, C. ;

Pattavina, L. ;

Petricca, F. ;

Potzel, W. ;

Proebst, F. ;

Reindl, F. ;

Rothe, J. ;

Schaffner, K. ;

Schieck, J. ;

Schipperges, V ;

Schmiedmayer, D. ;

Schoenert, S. ;

Schwertner, C. ;

Stahlberg, M. ;

Stodolsky, L. ;

Strandhagen, C. ;

Strauss, R. ;

Tuerkoglu, C. ;

Usherov, I ;

Willers, M. ;

Zema, V .

PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (10)

[5] Search for neutral Higgs boson production through the process e(+)e(-)->Z(*)H(0) [J].

Acciarri, M ;

Adriani, O ;

AguilarBenitez, M ;

Ahlen, S ;

Alpat, B ;

Alcaraz, J ;

Alemanni, G ;

Allaby, J ;

Aloisio, A ;

Alverson, G ;

Alviggi, MG ;

Ambrosi, G ;

Anderhub, H ;

Andreev, VP ;

Angelescu, T ;

Antreasyan, D ;

Arefiev, A ;

Azemoon, T ;

Aziz, T ;

Bagnaia, P ;

Baksay, L ;

Ball, RC ;

Banerjee, S ;

Banicz, K ;

Barillere, R ;

Barone, L ;

Bartalini, P ;

Baschirotto, A ;

Basile, M ;

Battiston, R ;

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Becattini, F ;

Becker, U ;

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Berdugo, J ;

Berges, P ;

Bertucci, B ;

Betev, BL ;

Biasini, M ;

Biland, A ;

Bilei, GM ;

Blaising, JJ ;

Blyth, SC ;

Bobbink, GJ ;

Bock, R ;

Bohm, A ;

Borgia, B ;

Boucham, A ;

Bourilkov, D ;

Bourquin, M .

PHYSICS LETTERS B, 1996, 385 (1-4) :454-470

[6] Planck 2018 results: VIII. Gravitational lensing [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Efstathiou, G. ;

Elsner, F. ;

Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. ;

Fernandez-Cobos, R. ;

Finelli, F. ;

Forastieri, F. ;

Frailis, M. ;

Fraisse, A. A. ;

Franceschi, E. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2020, 641 (641)

[7] Constraints on Sub-GeV Dark-Matter-Electron Scattering from the DarkSide-50 Experiment [J].

Agnes, P. ;

Albuquerque, I. F. M. ;

Alexander, T. ;

Alton, A. K. ;

Araujo, G. R. ;

Asner, D. M. ;

Ave, M. ;

Back, H. O. ;

Baldin, B. ;

Batignani, G. ;

Biery, K. ;

Bocci, V. ;

Bonfini, G. ;

Bonivento, W. ;

Bottino, B. ;

Budano, F. ;

Bussino, S. ;

Cadeddu, M. ;

Cadoni, M. ;

Calaprice, F. ;

Caminata, A. ;

Canci, N. ;

Candela, A. ;

Caravati, M. ;

Cariello, M. ;

Carlini, M. ;

Carpinelli, M. ;

Catalanotti, S. ;

Cataudella, V. ;

Cavalcante, P. ;

Cavuoti, S. ;

Cereseto, R. ;

Chepurnov, A. ;

Cicalo, C. ;

Cifarelli, L. ;

Cocco, A. G. ;

Covone, G. ;

D'Angelo, D. ;

D'Incecco, M. ;

D'Urso, D. ;

Davini, S. ;

De Candia, A. ;

De Cecco, S. ;

De Deo, M. ;

De Filippis, G. ;

De Rosa, G. ;

De Vincenzi, M. ;

Demontis, P. ;

Derbin, A. V. ;

Devoto, A. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121 (11)

[8] Search for the decay KL→π0 μ+ μ- [J].

Alavi-Harati, A ;

Albuquerque, IF ;

Alexopoulos, T ;

Arenton, M ;

Arisaka, K ;

Averitte, S ;

Barker, AR ;

Bellantoni, L ;

Bellavance, A ;

Belz, J ;

Ben-David, R ;

Bergman, DR ;

Blucher, E ;

Bock, GJ ;

Bown, C ;

Bright, S ;

Cheu, E ;

Childress, S ;

Coleman, R ;

Corcoran, MD ;

Corti, G ;

Cox, B ;

Crisler, MB ;

Erwin, AR ;

Ford, R ;

Glazov, A ;

Golossanov, A ;

Graham, G ;

Graham, J ;

Hagan, K ;

Halkiadakis, E ;

Hanagaki, K ;

Hazumi, M ;

Hidaka, S ;

Hsiung, YB ;

Jejer, V ;

Jennings, J ;

Jensen, DA ;

Kessler, R ;

Kobrak, HGE ;

LaDue, J ;

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McBride, PL ;

McManus, AP ;

Mikelsons, P ;

Monnier, E ;

Nakaya, T ;

Nelson, KS ;

Nguyen, H .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2000, 84 (23) :5279-5282

[9] Light Dark Matter Search with Ionization Signals in XENON1T [J].

Aprile, E. ;

Aalbers, J. ;

Agostini, F. ;

Alfonsi, M. ;

Althueser, L. ;

Amaro, F. D. ;

Antochi, V. C. ;

Angelino, E. ;

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Breur, P. A. ;

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Depoian, A. ;

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Rosso, A. Gallo ;

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Garbini, M. ;

Grandi, L. ;

Greene, Z. ;

Hasterok, C. ;

Hils, C. ;

Hogenbirk, E. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2019, 123 (25)

[10] The Higgs-portal for dark matter: effective field theories versus concrete realizations [J].

Arcadi, Giorgio ;

Djouadi, Abdelhak ;

Kado, Marumi .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2021, 81 (07)

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共 47 条

[1] Search for a dimuon resonance in the Υ mass region [J].

Aaij, R. ;

Adeva, B. ;

Adinolfi, M. ;

Ajaltouni, Z. ;

Akar, S. ;

Albicocco, P. ;

Albrecht, J. ;

Alessio, F. ;

Alexander, M. ;

Alfonso Albero, A. ;

Ali, S. ;

Alkhazov, G. ;

Cartelle, P. Alvarez ;

Alves, A. A., Jr. ;

Amato, S. ;

Amerio, S. ;

Amhis, Y. ;

An, L. ;

Anderlini, L. ;

Andreassi, G. ;

Andreotti, M. ;

Andrews, J. E. ;

Appleby, R. B. ;

Archilli, F. ;

d'Argent, P. ;

Romeu, J. Arnau ;

Artamonov, A. ;

Artuso, M. ;

Aslanides, E. ;

Atzeni, M. ;

Auriemma, G. ;

Bachmann, S. ;

Back, J. J. ;

Baesso, C. ;

Baker, S. ;

Balagura, V ;

Baldini, W. ;

Baranov, A. ;

Barlow, R. J. ;

Barsuk, S. ;

Barter, W. ;

Baryshnikov, F. ;

Batozskaya, V ;

Battista, V ;

Bay, A. ;

Beddow, J. ;

Bedeschi, F. ;

Bediaga, I ;

Beiter, A. ;

Bel, L. J. .

JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS, 2018, (09)

[2] Search for long-lived scalar particles in B+→ K+χ(μ+ μ-) decays [J].

Aaij, R. ;

Adeva, B. ;

Adinolfi, M. ;

Ajaltouni, Z. ;

Akar, S. ;

Albrecht, J. ;

Alessio, F. ;

Alexander, M. ;

Ali, S. ;

Alkhazov, G. ;

Cartelle, P. Alvarez ;

Alves, A. A., Jr. ;

Amato, S. ;

Amerio, S. ;

Amhis, Y. ;

An, L. ;

Anderlini, L. ;

Andreassi, G. ;

Andreotti, M. ;

Andrews, J. E. ;

Appleby, R. B. ;

Archilli, F. ;

d'Argent, P. ;

Romeu, J. Arnau ;

Artamonov, A. ;

Artuso, M. ;

Aslanides, E. ;

Auriemma, G. ;

Baalouch, M. ;

Babuschkin, I. ;

Bachmann, S. ;

Back, J. J. ;

Badalov, A. ;

Baesso, C. ;

Baker, S. ;

Balagura, V. ;

Baldini, W. ;

Barlow, R. J. ;

Barschel, C. ;

Barsuk, S. ;

Barter, W. ;

Baryshnikov, F. ;

Baszczyk, M. ;

Batozskaya, V. ;

Batsukh, B. ;

Battista, V. ;

Bay, A. ;

Beaucourt, L. ;

Beddow, J. ;

Bedeschi, F. .

PHYSICAL REVIEW D, 2017, 95 (07)

[3] Search for Hidden-Sector Bosons in B0 → K*0μ+μ- Decays [J].

Aaij, R. ;

Adeva, B. ;

Adinolfi, M. ;

Affolder, A. ;

Ajaltouni, Z. ;

Akar, S. ;

Albrecht, J. ;

Alessio, F. ;

Alexander, M. ;

Ali, S. ;

Alkhazov, G. ;

Cartelle, P. Alvarez ;

Alves, A. A., Jr. ;

Amato, S. ;

Amerio, S. ;

Amhis, Y. ;

An, L. ;

Anderlini, L. ;

Anderson, J. ;

Andreassi, G. ;

Andreotti, M. ;

Andrews, J. E. ;

Appleby, R. B. ;

Gutierrez, O. Aquines ;

Archilli, F. ;

d'Argent, P. ;

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. ;

Bel, L. J. ;

Bellee, V. ;

Belloli, N. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 115 (16)

[4] First results from the CRESST-III low-mass dark matter program [J].

Abdelhameed, A. H. ;

Angloher, G. ;

Bauer, P. ;

Bento, A. ;

Bertoldo, E. ;

Bucci, C. ;

Canonica, L. ;

D'Addabbo, A. ;

Defay, X. ;

Di Lorenzo, S. ;

Erb, A. ;

Feilitzsch, F. v ;

Fichtinger, S. ;

Iachellini, N. Ferreiro ;

Fuss, A. ;

Gorla, P. ;

Hauff, D. ;

Jochum, J. ;

Kinast, A. ;

Kluck, H. ;

Kraus, H. ;

Langenkaemper, A. ;

Mancuso, M. ;

Mokina, V ;

Mondragon, E. ;

Muenster, A. ;

Olmi, M. ;

Ortmann, T. ;

Pagliarone, C. ;

Pattavina, L. ;

Petricca, F. ;

Potzel, W. ;

Proebst, F. ;

Reindl, F. ;

Rothe, J. ;

Schaffner, K. ;

Schieck, J. ;

Schipperges, V ;

Schmiedmayer, D. ;

Schoenert, S. ;

Schwertner, C. ;

Stahlberg, M. ;

Stodolsky, L. ;

Strandhagen, C. ;

Strauss, R. ;

Tuerkoglu, C. ;

Usherov, I ;

Willers, M. ;

Zema, V .

PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (10)

[5] Search for neutral Higgs boson production through the process e(+)e(-)->Z(*)H(0) [J].

Acciarri, M ;

Adriani, O ;

AguilarBenitez, M ;

Ahlen, S ;

Alpat, B ;

Alcaraz, J ;

Alemanni, G ;

Allaby, J ;

Aloisio, A ;

Alverson, G ;

Alviggi, MG ;

Ambrosi, G ;

Anderhub, H ;

Andreev, VP ;

Angelescu, T ;

Antreasyan, D ;

Arefiev, A ;

Azemoon, T ;

Aziz, T ;

Bagnaia, P ;

Baksay, L ;

Ball, RC ;

Banerjee, S ;

Banicz, K ;

Barillere, R ;

Barone, L ;

Bartalini, P ;

Baschirotto, A ;

Basile, M ;

Battiston, R ;

Bay, A ;

Becattini, F ;

Becker, U ;

Behner, F ;

Berdugo, J ;

Berges, P ;

Bertucci, B ;

Betev, BL ;

Biasini, M ;

Biland, A ;

Bilei, GM ;

Blaising, JJ ;

Blyth, SC ;

Bobbink, GJ ;

Bock, R ;

Bohm, A ;

Borgia, B ;

Boucham, A ;

Bourilkov, D ;

Bourquin, M .

PHYSICS LETTERS B, 1996, 385 (1-4) :454-470

[6] Planck 2018 results: VIII. Gravitational lensing [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

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Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

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Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Efstathiou, G. ;

Elsner, F. ;

Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. ;

Fernandez-Cobos, R. ;

Finelli, F. ;

Forastieri, F. ;

Frailis, M. ;

Fraisse, A. A. ;

Franceschi, E. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2020, 641 (641)

[7] Constraints on Sub-GeV Dark-Matter-Electron Scattering from the DarkSide-50 Experiment [J].

Agnes, P. ;

Albuquerque, I. F. M. ;

Alexander, T. ;

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Araujo, G. R. ;

Asner, D. M. ;

Ave, M. ;

Back, H. O. ;

Baldin, B. ;

Batignani, G. ;

Biery, K. ;

Bocci, V. ;

Bonfini, G. ;

Bonivento, W. ;

Bottino, B. ;

Budano, F. ;

Bussino, S. ;

Cadeddu, M. ;

Cadoni, M. ;

Calaprice, F. ;

Caminata, A. ;

Canci, N. ;

Candela, A. ;

Caravati, M. ;

Cariello, M. ;

Carlini, M. ;

Carpinelli, M. ;

Catalanotti, S. ;

Cataudella, V. ;

Cavalcante, P. ;

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Chepurnov, A. ;

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D'Urso, D. ;

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De Deo, M. ;

De Filippis, G. ;

De Rosa, G. ;

De Vincenzi, M. ;

Demontis, P. ;

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Devoto, A. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121 (11)

[8] Search for the decay KL→π0 μ+ μ- [J].

Alavi-Harati, A ;

Albuquerque, IF ;

Alexopoulos, T ;

Arenton, M ;

Arisaka, K ;

Averitte, S ;

Barker, AR ;

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