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Office of Scientific and Technical Information

Title: Search for neutral long-lived particles in $pp$ collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV that decay into displaced hadronic jets in the ATLAS calorimeter

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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A search for decays of pair-produced neutral long-lived particles (LLPs) is presented using 139 fb-1 of proton-proton collision data collected by the ATLAS detector at the LHC in 2015–2018 at a centre-of-mass energy of 13 TeV. Dedicated techniques were developed for the reconstruction of displaced jets produced by LLPs decaying hadronically in the ATLAS hadronic calorimeter. Two search regions are defined for different LLP kinematic regimes. The observed numbers of events are consistent with the expected background, and limits for several benchmark signals are determined. For a SM Higgs boson with a mass of 125 GeV, branching ratios above 10% are excluded at 95% confidence level for values of c times LLP mean proper lifetime in the range between 20 mm and 10 m depending on the model. Upper limits are also set on the cross-section times branching ratio for scalars with a mass of 60 GeV and for masses between 200 GeV and 1 TeV.

Research Organization:
SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), Basic Energy Sciences (BES); USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
The ATLAS collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-76SF00515; AC02-05CH11231
OSTI ID:
1878628
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1878099
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2022, Issue 6; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer NatureCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (43)

LHC signatures of a minimal supersymmetric hidden valley journal May 2012
Probing baryogenesis with displaced vertices at the LHC journal February 2015
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
Characterisation and mitigation of beam-induced backgrounds observed in the ATLAS detector during the 2011 proton-proton run journal July 2013
Distinguishing dynamical dark matter at the LHC journal September 2012
Heavy neutrino searches at the LHC with displaced vertices journal April 2014
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Nonstandard Higgs Boson Decays journal November 2008
Shedding light on neutrino masses with dark forces journal August 2016
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Dynamical dark matter. I. Theoretical overview journal April 2012
Asymmetric dark matter journal June 2009
Folded supersymmetry and the LEP paradox journal February 2007
The new LUCID-2 detector for luminosity measurement and monitoring in ATLAS journal July 2018
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
A quirky probe of neutral naturalness journal July 2016
Big bang nucleosynthesis constraints on hadronically and electromagnetically decaying relic neutral particles journal November 2006
A stealth supersymmetry sampler journal July 2012
A brief introduction to PYTHIA 8.1 journal June 2008
Models of dynamical R-parity violation journal June 2015
A quirky little Higgs model journal May 2009
A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
Stealth supersymmetry journal November 2011
Echoes of a hidden valley at hadron colliders journal August 2007
R-Parity-violating supersymmetry journal November 2005
Parton distributions with LHC data journal February 2013
Non-abelian dark sectors and their collider signatures journal April 2009
Triggers for displaced decays of long-lived neutral particles in the ATLAS detector journal July 2013
Mini-Split journal February 2013
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
pyhf: pure-Python implementation of HistFactory statistical models journal February 2021
Theories with gauge-mediated supersymmetry breaking journal December 1999
Discovering the Higgs through highly-displaced vertices journal March 2008
Operation of the ATLAS trigger system in Run 2 journal October 2020
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
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
Natural Electroweak Breaking from a Mirror Symmetry journal June 2006
Naturalness and Higgs decays in the MSSM with a singlet journal August 2006
A deep neural network to search for new long-lived particles decaying to jets journal August 2020
Finite quark-mass effects in the NNLOPS POWHEG+MiNLO Higgs generator journal May 2015
NNLOPS simulation of Higgs boson production journal October 2013