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Title: Search for long-lived particles that decay into final states containing two electrons or two muons in proton-proton collisions at s = 8 TeV

Journal Article · · Physical Review. D, Particles, Fields, Gravitation and Cosmology
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A search is performed for long-lived particles that decay into final states that include a pair of electrons or a pair of muons. The experimental signature is a distinctive topology consisting of a pair of charged leptons originating from a displaced secondary vertex. Events corresponding to an integrated luminosity of 19.6 (20.5) fb–1 in the electron (muon) channel were collected with the CMS detector at the CERN LHC in proton-proton collisions at √s=8 TeV. No significant excess is observed above standard model expectations. Upper limits on the product of the cross section and branching fraction of such a signal are presented as a function of the long-lived particle’s mean proper decay length. The limits are presented in an approximately model-independent way, allowing them to be applied to a wide class of models yielding the above topology. Over much of the investigated parameter space, the limits obtained are the most stringent to date. In the specific case of a model in which a Higgs boson in the mass range 125–1000 GeV/c2 decays into a pair of long-lived neutral bosons in the mass range 20–350 GeV/c2, each of which can then decay to dileptons, the upper limits obtained are typically in the range 0.2–10 fb for mean proper decay lengths of the long-lived particles in the range 0.01–100 cm. In the case of the lowest Higgs mass considered (125 GeV/c2), the limits are in the range 2–50 fb. As a result, these limits are sensitive to Higgs boson branching fractions as low as 10–4.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1181275
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1234872
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-14-535-CMS; CERN-PH-EP-2014-263; CMS-EXO-12-037; PRVDAQ; 052012
Journal Information:
Physical Review. D, Particles, Fields, Gravitation and Cosmology, Journal Name: Physical Review. D, Particles, Fields, Gravitation and Cosmology Vol. 91 Journal Issue: 5; ISSN 1550-7998
Publisher:
American Physical SocietyCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 59 works
Citation information provided by
Web of Science

References (26)

Energy calibration and resolution of the CMS electromagnetic calorimeter in pp collisions at √s= 7 TeV journal September 2013
Mass spectrum in R-parity violating minimal supergravity and benchmark points journal February 2007
Search for Neutral, Long-Lived Particles Decaying into Two Muons in p p ¯ Collisions at s = 1.96 TeV journal October 2006
Search in leptonic channels for heavy resonances decaying to long-lived neutral particles journal February 2013
Measurements of inclusive W and Z cross sections in pp collisions at $ \sqrt {s} = 7 $ TeV journal January 2011
A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Observation of the diphoton decay of the Higgs boson and measurement of its properties journal October 2014
PYTHIA 6.4 physics and manual journal May 2006
Search for a Light Higgs Boson Decaying to Long-Lived Weakly Interacting Particles in Proton-Proton Collisions at s = 7 TeV with the ATLAS Detector journal June 2012
Search for long-lived neutral particles decaying to quark-antiquark pairs in proton-proton collisions at s = 8 TeV journal January 2015
R-Parity-violating supersymmetry journal November 2005
CMS tracking performance results from early LHC operation journal November 2010
Search for Long-Lived Particles Decaying into Electron or Photon Pairs with the D0 Detector journal September 2008
Search for long-lived, heavy particles in final states with a muon and multi-track displaced vertex in proton–proton collisions at <mml:math altimg="si1.gif" overflow="scroll" xmlns:xocs="http://www.elsevier.com/xml/xocs/dtd" xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:ja="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:tb="http://www.elsevier.com/xml/common/table/dtd" xmlns:sb="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-bib/dtd" xmlns:ce="http://www.elsevier.com/xml/common/dtd" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:cals="http://www.elsevier.com/xml/common/cals/dtd"><mml:msqrt><mml:mi>s</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext>TeV</mml:mtext></mml:math> with the ATLAS detector journal February 2013
Signatures of long-lived gluinos in split supersymmetry journal September 2004
Discovering the Higgs through highly-displaced vertices journal March 2008
Search for Displaced Supersymmetry in Events with an Electron and a Muon with Large Impact Parameters journal February 2015
Geant4—a simulation toolkit
  • Agostinelli, S.; Allison, J.; Amako, K.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 506, Issue 3 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
journal July 2003
Search for long-lived neutral particles decaying into lepton jets in proton-proton collisions at s = 8 $$ \sqrt{s}=8 $$ TeV with the ATLAS detector journal November 2014
Description and performance of track and primary-vertex reconstruction with the CMS tracker journal October 2014
Phenomenology of the minimal B L extension of the standard model: Z and neutrinos journal September 2009
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
The CMS experiment at the CERN LHC journal August 2008
Phenomenology of hidden valleys at hadron colliders journal July 2008
Squark and gluino production at hadron colliders journal May 1997