Search for a Hypothetical 16.7 MeV Gauge Boson and Dark Photons in the NA64 Experiment at CERN

被引：95

作者：

Banerjee, D. ^{[4
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Burtsev, V. E. ^{[11
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Chumakov, A. G. ^{[11
]}

Cooke, D. ^{[13
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Crivelli, P. ^{[13
]}

Depero, E. ^{[5
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]}

Dermenev, A. V. ^{[10
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Donskov, S. V. ^{[11
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Dusaev, R. R. ^{[2
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Enik, T. ^{[3
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Charitonidis, N. ^{[2
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Feshchenko, A. ^{[2
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Frolov, V. N. ^{[2
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Gardikiotis, A. ^{[9
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Gerassimov, S. G. ^{[6
,8
]}

Gninenko, S. N. ^{[5
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Hoesgen, M. ^{[1
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Jeckel, M. ^{[3
]}

Karneyeu, A. E. ^{[5
]}

Kekelidze, G. ^{[2
]}

Ketzer, B. ^{[1
]}

Kirpichnikov, D. V. ^{[5
]}

Kirsanov, M. M. ^{[5
]}

Konorov, I. V. ^{[6
,8
]}

Kovalenko, S. G. ^{[12
]}

Kramarenko, V. A. ^{[2
]}

Kravchuk, L. V. ^{[5
]}

Krasnikov, N. V. ^{[5
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Kuleshov, S. V. ^{[12
]}

Lyubovitskij, V. E. ^{[11
,12
]}

Lysan, V. ^{[2
]}

Matveev, V. A. ^{[2
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Mikhailov, Yu. V. ^{[10
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Peshekhonov, D. V.

Polyakov, V. A. ^{[10
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Radics, B. ^{[13
]}

Rojas, R. ^{[12
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Rubbia, A. ^{[13
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Samoylenko, V. D. ^{[10
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Tikhomirov, V. O. ^{[6
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Tlisov, D. A. ^{[5
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Toropin, A. N. ^{[5
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Trifonov, A. Yu. ^{[11
]}

Vasilishin, B. I. ^{[11
]}

Vasquez Arenas, G. ^{[12
]}

Volkov, P. V. ^{[2
,7
]}

Volkov, V. ^{[7
]}

Ulloa, P. ^{[12
]}

机构：

[1] Univ Bonn, Helmholtz Inst Strahlen & Kernphys, D-53115 Bonn, Germany

[2] Joint Inst Nucl Res, Dubna 141980, Russia

[3] CERN, European Org Nucl Res, CH-1211 Geneva, Switzerland

[4] Univ Illinois, Urbana, IL 61801 USA

[5] Inst Nucl Res, Moscow 117312, Russia

[6] PN Lebedev Phys Inst, Moscow 119991, Russia

[7] Lomonosov Moscow State Univ, Skobeltsyn Inst Nucl Phys, Moscow 119991, Russia

[8] Tech Univ Munich, Phys Dept, D-85748 Garching, Germany

[9] Univ Patras, Phys Dept, Patras 26504, Greece

[10] Russian Federat Inst High Energy Phys, Natl Res Ctr Kurchatov Inst IHEP, State Sci Ctr, Protvino 142281, Russia

[11] Tomsk State Pedag Univ, Tomsk 634061, Russia

[12] Univ Tecn Fed Santa Marla, Valparaiso 2390123, Chile

[13] Swiss Fed Inst Technol, Inst Particle Phys & Astrophys, CH-8093 Zurich, Switzerland

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2018年 / 120卷 / 23期

关键词：

ELECTRON-BEAM-DUMP; PHI-MESON DECAYS; EXCLUSION LIMITS; HEAVY NEUTRINOS; KLOE EXPERIMENT; VECTOR BOSON; U-GAMMA; PARTICLES; E(+)E(-); DETECTOR;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.120.231802

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

We report the first results on a direct search for a ncw 16.7 McV boson (X) which could explain the anomalous excess of e(+) e(-) pairs observed in the excited Be-8* nucleus decays. Because of its coupling to electrons, the X could be produced in the bremsstrahlung reaction e(-)Z -> e(-) ZX by a 100 GeV e(-) beam incident on an active target in the NA64 experiment at the CERN Super Proton Synchrotron and observed through the subsequent decay into a e(+) e- pair. With 5.4 x 10 electrons on target, no evidence for such decays was found, allowing us to set first limits on the X - e(-) coupling in the range 1.3 x 10(-4) less than or similar to is an element of(e) less than or similar to 4.2 x 10(-4) excluding part of the allowed parameter space. We also set new bounds on the mixing strength of photons with dark photons (Al) from nonobservation of the decay A' -> e(+)e(-) of the bremsstrahlung A' with a mass less than or similar to 23 MeV.

引用

页数：6

共 71 条

[1] Search for a New Gauge Boson in Electron-Nucleus Fixed-Target Scattering by the APEX Experiment [J].

Abrahamyan, S. ;

Ahmed, Z. ;

Allada, K. ;

Anez, D. ;

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Barbieri, A. ;

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de Jager, C. W. ;

Donaghy, J. ;

Essig, R. ;

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Folts, E. ;

Gasparian, A. ;

Goeckner-Wald, N. ;

Gomez, J. ;

Graham, M. ;

Hansen, J. -O. ;

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Iqbal, S. ;

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Kelleher, A. ;

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Mammei, J. ;

Markowitz, P. ;

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[2] Search for dark photons from neutral meson decays in p plus p and d plus Au collisions at √sNN=200 GeV [J].

Adare, A. ;

Afanasiev, S. ;

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Ajitanand, N. N. ;

Akiba, Y. ;

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Al-Bataineh, H. ;

Al-Ta'ani, H. ;

Alexander, J. ;

Alfred, M. ;

Andrews, K. R. ;

Angerami, A. ;

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Apadula, N. ;

Aphecetche, L. ;

Appelt, E. ;

Aramaki, Y. ;

Armendariz, R. ;

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Aschenauer, E. C. ;

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Baldisseri, A. ;

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[3] Search for a dark photon in the π0 → e+e-γ decay [J].

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Bashkanov, M. ;

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Bhatt, H. ;

Bondar, A. ;

Buescher, M. ;

Calen, H. ;

Ciepal, I. ;

Clement, H. ;

Coderre, D. ;

Czerwinski, E. ;

Demmich, K. ;

Doroshkevich, E. ;

Engels, R. ;

Erven, W. ;

Eyrich, W. ;

Fedorets, P. ;

Foehl, K. ;

Fransson, K. ;

Goldenbaum, E. ;

Goslawski, P. ;

Goswami, A. ;

Grigoryev, K. ;

Gullstrom, C. -O. ;

Hauenstein, F. ;

Heijkenskjold, L. ;

Hejny, V. ;

Hinterberger, F. ;

Hodana, M. ;

Hoistad, B. ;

Jany, A. ;

Jany, B. R. ;

Jarczyk, L. ;

Johansson, T. ;

Kamys, B. ;

Kemmerling, G. ;

Khan, F. A. ;

Khoukaz, A. ;

Kistryn, S. ;

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Kleines, H. ;

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[4] Further search for the decay K+→π+ν(ν)over-bar in the momentum region P<195 MeV/c -: art. no. 037102 [J].

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Bazarko, AO ;

Bergbusch, PC ;

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Bryman, DA ;

Chiang, IH ;

Convery, MR ;

Diwan, MV ;

Frank, JS ;

Haggerty, JS ;

Inagaki, T ;

Ito, MM ;

Jain, V ;

Jaffe, DE ;

Kabe, S ;

Kazumori, M ;

Kettell, SH ;

Kitching, P ;

Kobayashi, M ;

Komatsubara, TK ;

Konaka, A ;

Kuno, Y ;

Kuriki, M ;

Kycia, TF ;

Li, KK ;

Littenberg, LS ;

Macdonald, JA ;

McPherson, RA ;

Meyers, PD ;

Mildenberger, J ;

Muramatsu, N ;

Nakano, T ;

Ng, C ;

Ng, S ;

Numao, T ;

Otomo, A ;

Poutissou, JM ;

Poutissou, R ;

Redlinger, G ;

Sasaki, T ;

Sato, T ;

Shinkawa, T ;

Shoemaker, FC ;

Smith, AJS ;

Soluk, R ;

Stone, JR .

PHYSICAL REVIEW D, 2004, 70 (03) :037102-1

[5] Searching a dark photon with HADES [J].

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Boehmer, M. ;

Boyard, J. L. ;

Cabanelas, P. ;

Chernenko, S. ;

Dybczak, A. ;

Epple, E. ;

Fabbietti, L. ;

Fateev, O. ;

Finocchiaro, P. ;

Fonte, P. ;

Friese, J. ;

Froehlich, I. ;

Galatyuk, T. ;

Garzon, J. A. ;

Gernhaeuser, R. ;

Goebel, K. ;

Golubeva, M. ;

Gonzalez-Diaz, D. ;

Guber, F. ;

Gumberidze, M. ;

Heinz, T. ;

Hennino, T. ;

Holzmann, R. ;

Ierusalimov, A. ;

Iori, I. ;

Ivashkin, A. ;

Jurkovic, M. ;

Kaempfer, B. ;

Karavicheva, T. ;

Koenig, I. ;

Koenig, W. ;

Kolb, B. W. ;

Kornakov, G. ;

Kotte, R. ;

Krasa, A. ;

Krizek, F. ;

Kruecken, R. ;

Kuc, H. ;

Kuehn, W. ;

Kugler, A. ;

Kurepin, A. ;

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[6] GEANT4-a simulation toolkit [J].

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Banerjee, S ;

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Behner, F ;

Bellagamba, L ;

Boudreau, J ;

Broglia, L ;

Brunengo, A ;

Burkhardt, H ;

Chauvie, S ;

Chuma, J ;

Chytracek, R ;

Cooperman, G ;

Cosmo, G ;

Degtyarenko, P ;

Dell'Acqua, A ;

Depaola, G ;

Dietrich, D ;

Enami, R ;

Feliciello, A ;

Ferguson, C ;

Fesefeldt, H ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Forti, A ;

Garelli, S ;

Giani, S ;

Giannitrapani, R ;

Gibin, D ;

Cadenas, JJG ;

González, I ;

Abril, GG ;

Greeniaus, G ;

Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

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Hamatsu, R ;

Hashimoto, K ;

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NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2003, 506 (03) :250-303

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Alikhanov I., ARXIV171010131

[8] Geant4 developments and applications [J].

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Capra, R ;

Chauvie, S ;

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Cirrone, GAP ;

Cooperman, G ;

Cosmo, G ;

Cuttone, G ;

Daquino, GG ;

Donszelmann, M ;

Dressel, M ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Generowicz, J ;

Grichine, V ;

Guatelli, S ;

Gumplinger, P ;

Heikkinen, A ;

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Ivanchenko, V ;

Johnson, T ;

Jones, F ;

Koi, T ;

Kokoulin, R ;

Kossov, M ;

Kurashige, H ;

Lara, V ;

Larsson, S ;

Lei, F ;

Link, O ;

Longo, F ;

Maire, M ;

Mantero, A ;

Mascialino, B ;

McLaren, I ;

Lorenzo, PM ;

Minamimoto, K ;

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Nieminen, P ;

Pandola, L ;

Parlati, S ;

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[9] Limit on the production of a new vector boson in e+e- → Uγ, U → π+π- with the KLOE experiment [J].

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Babusci, D. ;

Bencivenni, G. ;

Berlowski, M. ;

Bloise, C. ;

Bossi, F. ;

Branchini, P. ;

Budano, A. ;

Balkestahl, L. Caldeira ;

Cao, B. ;

Ceradini, F. ;

Ciambrone, P. ;

Curciarello, F. ;

Czerwinski, E. ;

D'Agostini, G. ;

Dane, E. ;

De Leo, V. ;

De Lucia, E. ;

De Santis, A. ;

De Simone, P. ;

Di Cicco, A. ;

Di Domenico, A. ;

Di Salvo, R. ;

Domenici, D. ;

D'Uffizi, A. ;

Fantini, A. ;

Felici, G. ;

Fiore, S. ;

Gajos, A. ;

Gauzzi, P. ;

Giardina, G. ;

Giovannella, S. ;

Grazianir, E. ;

Happacher, F. ;

Heijkenskjold, L. ;

Andersson, W. Ikegami ;

Johansson, T. ;

Kaminska, D. ;

Krzemien, W. ;

Kupsc, A. ;

Loffredo, S. ;

Mandaglio, G. ;

Martini, M. ;

Mascolo, M. ;

Messi, R. ;

Miscetti, S. ;

Morello, G. ;

Moricciani, D. ;

Moskal, P. ;

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PHYSICS LETTERS B, 2016, 757 :356-361

[10] Limit on the production of a low-mass vector boson in e+e- → Uγ, U → e+e- with the KLOE experiment [J].

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Branchini, P. ;

Budano, A. ;

Balkestahl, L. Caldeira ;

Cao, B. ;

Ceradini, F. ;

Ciambrone, R. ;

Curciarello, F. ;

Czerwinski, E. ;

D'Agostini, G. ;

Dane, E. ;

De Leo, V. ;

De Lucia, E. ;

De Santis, A. ;

De Simone, P. ;

Di Cicco, A. ;

Di Domenico, A. ;

Di Salvo, R. ;

Domenici, D. ;

D'Uffizi, A. ;

Fantini, A. ;

Felici, G. ;

Fiore, S. ;

Gajos, A. ;

Gauzzi, P. ;

Giardina, G. ;

Giovannella, S. ;

Graziani, E. ;

Happacher, F. ;

Heijkenskjold, L. ;

Andersson, W. Ikegami ;

Johansson, T. ;

Kaminska, D. ;

Krzemien, W. ;

Kupsc, A. ;

Loffredo, S. ;

Mandaglio, G. ;

Martini, M. ;

Mascolo, M. ;

Messi, R. ;

Miscetti, S. ;

Morello, G. ;

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PHYSICS LETTERS B, 2015, 750 :633-637

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共 71 条

[1] Search for a New Gauge Boson in Electron-Nucleus Fixed-Target Scattering by the APEX Experiment [J].

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Folts, E. ;

Gasparian, A. ;

Goeckner-Wald, N. ;

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Graham, M. ;

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Higinbotham, D. W. ;

Holmstrom, T. ;

Huang, J. ;

Iqbal, S. ;

Jaros, J. ;

Jensen, E. ;

Kelleher, A. ;

Khandaker, M. ;

LeRose, J. J. ;

Lindgren, R. ;

Liyanage, N. ;

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Mammei, J. ;

Markowitz, P. ;

Maruyama, T. ;

Maxwell, V. ;

Mayilyan, S. ;

McDonald, J. ;

Michaels, R. ;

Moffeit, K. ;

Nelyubin, V. ;

Odian, A. ;

Oriunno, M. ;

Partridge, R. ;

Paolone, M. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (19)

[2] Search for dark photons from neutral meson decays in p plus p and d plus Au collisions at √sNN=200 GeV [J].

Adare, A. ;

Afanasiev, S. ;

Aidala, C. ;

Ajitanand, N. N. ;

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Akimoto, R. ;

Al-Bataineh, H. ;

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Alfred, M. ;

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Armendariz, R. ;

Asai, J. ;

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Aschenauer, E. C. ;

Atomssa, E. T. ;

Averbeck, R. ;

Awes, T. C. ;

Azmoun, B. ;

Babintsev, V. ;

Bai, M. ;

Baksay, G. ;

Baksay, L. ;

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Bandara, N. S. ;

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Barish, K. N. ;

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Bathe, S. ;

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Ciepal, I. ;

Clement, H. ;

Coderre, D. ;

Czerwinski, E. ;

Demmich, K. ;

Doroshkevich, E. ;

Engels, R. ;

Erven, W. ;

Eyrich, W. ;

Fedorets, P. ;

Foehl, K. ;

Fransson, K. ;

Goldenbaum, E. ;

Goslawski, P. ;

Goswami, A. ;

Grigoryev, K. ;

Gullstrom, C. -O. ;

Hauenstein, F. ;

Heijkenskjold, L. ;

Hejny, V. ;

Hinterberger, F. ;

Hodana, M. ;

Hoistad, B. ;

Jany, A. ;

Jany, B. R. ;

Jarczyk, L. ;

Johansson, T. ;

Kamys, B. ;

Kemmerling, G. ;

Khan, F. A. ;

Khoukaz, A. ;

Kistryn, S. ;

Klaja, J. ;

Kleines, H. ;

Kirillov, D. A. ;

Klos, B. ;

Krapp, M. ;

Krzemien, W. ;

Kulessa, P. ;

Kupsc, A. .

PHYSICS LETTERS B, 2013, 726 (1-3) :187-193

[4] Further search for the decay K+→π+ν(ν)over-bar in the momentum region P<195 MeV/c -: art. no. 037102 [J].

Adler, S ;

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Ardebili, M ;

Atiya, MS ;

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Bergbusch, PC ;

Bhuyan, B ;

Blackmore, EW ;

Bryman, DA ;

Chiang, IH ;

Convery, MR ;

Diwan, MV ;

Frank, JS ;

Haggerty, JS ;

Inagaki, T ;

Ito, MM ;

Jain, V ;

Jaffe, DE ;

Kabe, S ;

Kazumori, M ;

Kettell, SH ;

Kitching, P ;

Kobayashi, M ;

Komatsubara, TK ;

Konaka, A ;

Kuno, Y ;

Kuriki, M ;

Kycia, TF ;

Li, KK ;

Littenberg, LS ;

Macdonald, JA ;

McPherson, RA ;

Meyers, PD ;

Mildenberger, J ;

Muramatsu, N ;

Nakano, T ;

Ng, C ;

Ng, S ;

Numao, T ;

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Poutissou, JM ;

Poutissou, R ;

Redlinger, G ;

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Sato, T ;

Shinkawa, T ;

Shoemaker, FC ;

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Stone, JR .

PHYSICAL REVIEW D, 2004, 70 (03) :037102-1

[5] Searching a dark photon with HADES [J].

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Boehmer, M. ;

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Cabanelas, P. ;

Chernenko, S. ;

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Epple, E. ;

Fabbietti, L. ;

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Fonte, P. ;

Friese, J. ;

Froehlich, I. ;

Galatyuk, T. ;

Garzon, J. A. ;

Gernhaeuser, R. ;

Goebel, K. ;

Golubeva, M. ;

Gonzalez-Diaz, D. ;

Guber, F. ;

Gumberidze, M. ;

Heinz, T. ;

Hennino, T. ;

Holzmann, R. ;

Ierusalimov, A. ;

Iori, I. ;

Ivashkin, A. ;

Jurkovic, M. ;

Kaempfer, B. ;

Karavicheva, T. ;

Koenig, I. ;

Koenig, W. ;

Kolb, B. W. ;

Kornakov, G. ;

Kotte, R. ;

Krasa, A. ;

Krizek, F. ;

Kruecken, R. ;

Kuc, H. ;

Kuehn, W. ;

Kugler, A. ;

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Apostolakis, J ;

Araujo, H ;

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Asai, M ;

Axen, D ;

Banerjee, S ;

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Behner, F ;

Bellagamba, L ;

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Chuma, J ;

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Enami, R ;

Feliciello, A ;

Ferguson, C ;

Fesefeldt, H ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Forti, A ;

Garelli, S ;

Giani, S ;

Giannitrapani, R ;

Gibin, D ;

Cadenas, JJG ;

González, I ;

Abril, GG ;

Greeniaus, G ;

Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

Guatelli, S ;

Gumplinger, P ;

Hamatsu, R ;

Hashimoto, K ;

Hasui, H ;

Heikkinen, A ;

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Allison, J ;

Amako, K ;

Apostolakis, J ;

Araujo, H ;

Dubois, PA ;

Asai, M ;

Barrand, G ;

Capra, R ;

Chauvie, S ;

Chytracek, R ;

Cirrone, GAP ;

Cooperman, G ;

Cosmo, G ;

Cuttone, G ;

Daquino, GG ;

Donszelmann, M ;

Dressel, M ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Generowicz, J ;

Grichine, V ;

Guatelli, S ;

Gumplinger, P ;

Heikkinen, A ;

Hrivnacova, I ;

Howard, A ;

Incerti, S ;

Ivanchenko, V ;

Johnson, T ;

Jones, F ;

Koi, T ;

Kokoulin, R ;

Kossov, M ;

Kurashige, H ;

Lara, V ;

Larsson, S ;

Lei, F ;

Link, O ;

Longo, F ;

Maire, M ;

Mantero, A ;

Mascialino, B ;

McLaren, I ;

Lorenzo, PM ;

Minamimoto, K ;

Murakami, K ;

Nieminen, P ;

Pandola, L ;

Parlati, S ;

Peralta, L .

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[9] Limit on the production of a new vector boson in e+e- → Uγ, U → π+π- with the KLOE experiment [J].

Anastasi, A. ;

Babusci, D. ;

Bencivenni, G. ;

Berlowski, M. ;

Bloise, C. ;

Bossi, F. ;

Branchini, P. ;

Budano, A. ;

Balkestahl, L. Caldeira ;

Cao, B. ;

Ceradini, F. ;

Ciambrone, P. ;

Curciarello, F. ;

Czerwinski, E. ;

D'Agostini, G. ;

Dane, E. ;

De Leo, V. ;

De Lucia, E. ;

De Santis, A. ;

De Simone, P. ;

Di Cicco, A. ;

Di Domenico, A. ;

Di Salvo, R. ;

Domenici, D. ;

D'Uffizi, A. ;

Fantini, A. ;

Felici, G. ;

Fiore, S. ;

Gajos, A. ;

Gauzzi, P. ;

Giardina, G. ;

Giovannella, S. ;

Grazianir, E. ;

Happacher, F. ;

Heijkenskjold, L. ;

Andersson, W. Ikegami ;

Johansson, T. ;

Kaminska, D. ;

Krzemien, W. ;

Kupsc, A. ;

Loffredo, S. ;

Mandaglio, G. ;

Martini, M. ;

Mascolo, M. ;

Messi, R. ;

Miscetti, S. ;

Morello, G. ;

Moricciani, D. ;

Moskal, P. ;

Palladino, A. .

PHYSICS LETTERS B, 2016, 757 :356-361

[10] Limit on the production of a low-mass vector boson in e+e- → Uγ, U → e+e- with the KLOE experiment [J].

Anastasi, A. ;

Babusci, D. ;

Bencivenni, G. ;

Berlowski, M. ;

Bloise, C. ;

Bossi, F. ;

Branchini, P. ;

Budano, A. ;

Balkestahl, L. Caldeira ;

Cao, B. ;

Ceradini, F. ;

Ciambrone, R. ;

Curciarello, F. ;

Czerwinski, E. ;

D'Agostini, G. ;

Dane, E. ;

De Leo, V. ;

De Lucia, E. ;

De Santis, A. ;

De Simone, P. ;

Di Cicco, A. ;

Di Domenico, A. ;

Di Salvo, R. ;

Domenici, D. ;

D'Uffizi, A. ;

Fantini, A. ;

Felici, G. ;

Fiore, S. ;

Gajos, A. ;

Gauzzi, P. ;

Giardina, G. ;

Giovannella, S. ;

Graziani, E. ;

Happacher, F. ;

Heijkenskjold, L. ;

Andersson, W. Ikegami ;

Johansson, T. ;

Kaminska, D. ;

Krzemien, W. ;

Kupsc, A. ;

Loffredo, S. ;

Mandaglio, G. ;

Martini, M. ;

Mascolo, M. ;

Messi, R. ;

Miscetti, S. ;

Morello, G. ;

Moricciani, D. ;

Moskal, P. ;

Palladino, A. .

PHYSICS LETTERS B, 2015, 750 :633-637

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