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Title: Search for decays of stopped exotic long-lived particles produced in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV

Here, a search is presented for the decays of heavy exotic long-lived particles (LLPs) that are produced in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV at the CERN LHC and come to rest in the CMS detector. Their decays would be visible during periods of time well separated from proton-proton collisions. Two decay scenarios of stopped LLPs are explored: a hadronic decay detected in the calorimeter and a decay into muons detected in the muon system. The calorimeter (muon) search covers a period of sensitivity totaling 721 (744) hours in 38.6 (39.0) fb$$^{-1}$$ of data collected by the CMS detector in 2015 and 2016. The results are interpreted in several scenarios that predict LLPs. Production cross section limits are set as a function of the mean proper lifetime and the mass of the LLPs, for lifetimes between 100 ns and 10 days. These are the most stringent limits to date on the mass of hadronically decaying stopped LLPs, and this is the first search at the LHC for stopped LLPs that decay to muons.
Authors:
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Publication Date:
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-18-004-CMS; CMS-EXO-16-004; CERN-EP-2017-330; arXiv:1801.00359
Journal ID: ISSN 1029-8479; 1645630
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
Type:
Accepted Manuscript
Journal Name:
Journal of High Energy Physics (Online)
Additional Journal Information:
Journal Name: Journal of High Energy Physics (Online); Journal Volume: 2018; Journal Issue: 5; Journal ID: ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer Berlin
Research Org:
Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Lab. (LLNL), Livermore, CA (United States)
Sponsoring Org:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
Contributing Orgs:
The CMS collaboration
Country of Publication:
United States
Language:
English
Subject:
72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS; Beyond Standard Model; Hadron-Hadron scattering (experiments)
OSTI Identifier:
1415822