Title: Search for long-lived, massive particles in events with displaced vertices and missing transverse momentum in s =13 TeV pp collisions with the ATLAS detector

Journal Article · · Physical Review. D.
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; more »; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; « less

A search for long-lived, massive particles predicted by many theories beyond the Standard Model is presented. Here, the search targets final states with large missing transverse momentum and at least one high-mass displaced vertex with five or more tracks, and uses 32.8 fb-1 of $$\sqrt s = 13$$ TeV pp collision data collected by the ATLAS detector at the LHC. The observed yield is consistent with the expected background. The results are used to extract 95% C.L. exclusion limits on the production of long-lived gluinos with masses up to 2.37 TeV and lifetimes of O (10- 2) - O (10) ns in a simplified model inspired by split supersymmetry.

Research Organization:
Brookhaven National Laboratory (BNL), Upton, NY (United States); Harvard Univ., Cambridge, MA (United States); Lawrence Berkeley National Lab. (LBNL), Berkeley, CA (United States). National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Oak Ridge, TN (United States). Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States); Univ. of Massachusetts, Amherst, MA (United States); Univ. of Oregon, Eugene, OR (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC); USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231; AC02-76SF00515; SC0007881; SC0010004; SC0012008; SC0012704
OSTI ID:
1430156
Report Number(s):
BNL--209252-2018-JACI; BNL--212328-2019-JACI; 052012
Journal Information:
Physical Review. D., Journal Name: Physical Review. D. Journal Issue: 5 Vol. 97; ISSN PRVDAQ; ISSN 2470-0010
Publisher:
American Physical Society (APS)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (76)

Search in leptonic channels for heavy resonances decaying to long-lived neutral particles journal February 2013
Cornering compressed gluino at the LHC journal March 2017
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
Probing Bino-Wino coannihilation at the LHC journal October 2015
Search for gauge mediated SUSY breaking topologies in ee collisions at centre-of-mass energies up to 209 GeV journal October 2002
Phenomenology of the production, decay, and detection of new hadronic states associated with supersymmetry journal July 1978
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
Squark and gluino production at hadron colliders journal May 1997
A brief introduction to PYTHIA 8.1 journal June 2008
Split supersymmetry journal November 2004
Erratum to: “Split supersymmetry” [Nucl. Phys. B 699 (2004) 65] journal January 2005
Parton distributions with LHC data journal February 2013
Echoes of a hidden valley at hadron colliders journal August 2007
Search for displaced vertices arising from decays of new heavy particles in 7 TeV pp collisions at ATLAS journal February 2012
Search for long-lived, heavy particles in final states with a muon and multi-track displaced vertex in proton–proton collisions at s=7 TeV with the ATLAS detector journal February 2013
Search for displaced muonic lepton jets from light Higgs boson decay in proton–proton collisions at s=7 TeV with the ATLAS detector journal April 2013
Search for long-lived particles in events with photons and missing energy in proton–proton collisions at s=7TeV journal May 2013
Search for pair-produced long-lived neutral particles decaying to jets in the ATLAS hadronic calorimeter in pp collisions at s = 8   TeV journal April 2015
Probing bino–gluino coannihilation at the LHC journal September 2015
A search for pair production of new light bosons decaying into muons journal January 2016
Search for heavy long-lived charged R -hadrons with the ATLAS detector in 3.2 fb −1 of proton–proton collision data at s = 13   TeV journal September 2016
Particle dark matter: evidence, candidates and constraints journal January 2005
R-Parity-violating supersymmetry journal November 2005
Stable massive particles at colliders journal January 2007
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
New Generation of Parton Distributions with Uncertainties from Global QCD Analysis journal July 2002
Supersymmetric unification without low energy supersymmetry and signatures for fine-tuning at the LHC journal June 2005
PYTHIA 6.4 physics and manual journal May 2006
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
A measurement of material in the ATLAS tracker using secondary hadronic interactions in 7 TeV pp collisions journal November 2016
Study of the material of the ATLAS inner detector for Run 2 of the LHC journal December 2017
The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider journal August 2008
Implications of dynamical symmetry breaking journal February 1976
Dynamics of spontaneous symmetry breaking in the Weinberg-Salam theory journal November 1979
Supersymmetry and the scale of unification journal September 1981
Search for long-lived parents of Z 0 bosons in p p ¯ collisions at s = 1.8 TeV journal August 1998
Mass spectrum in R-parity violating minimal supergravity and benchmark points journal February 2007
Implications of CTEQ global analysis for collider observables journal July 2008
Soft gluon resummation for the production of gluino-gluino and squark-antisquark pairs at the LHC journal November 2009
Search for heavy neutrinos at Belle journal April 2013
Search for nonpointing photons in the diphoton and E T miss final state in s = 7     TeV proton-proton collisions using the ATLAS detector journal July 2013
Search for charginos nearly mass degenerate with the lightest neutralino based on a disappearing-track signature in p p collisions at ( s ) = 8     TeV with the ATLAS detector journal December 2013
Search for nonpointing and delayed photons in the diphoton and missing transverse momentum final state in 8 TeV p p collisions at the LHC using the ATLAS detector journal December 2014
Search for long-lived neutral particles decaying to quark-antiquark pairs in proton-proton collisions at s = 8     TeV journal January 2015
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 March 2015
Search for long-lived, weakly interacting particles that decay to displaced hadronic jets in proton-proton collisions at s = 8     TeV with the ATLAS detector journal July 2015
Search for massive, long-lived particles using multitrack displaced vertices or displaced lepton pairs in p p collisions at s = 8     TeV with the ATLAS detector journal October 2015
Search for metastable heavy charged particles with large ionization energy loss in p p collisions at s = 13     TeV using the ATLAS experiment journal June 2016
Search for long-lived charged particles in proton-proton collisions at s = 13     TeV journal December 2016
Search for R -parity violating supersymmetry with displaced vertices in proton-proton collisions at s = 8     TeV journal January 2017
Search for long-lived scalar particles in B + → K + χ ( μ + μ − ) decays journal April 2017
Jet energy scale measurements and their systematic uncertainties in proton-proton collisions at s = 13     TeV with the ATLAS detector journal October 2017
Threshold Resummation for Squark-Antisquark and Gluino-Pair Production at the LHC journal March 2009
Search for Resonant Pair Production of Neutral Long-Lived Particles Decaying to b b ¯ in p p ¯ Collisions at s = 1.96     TeV journal August 2009
Search for Displaced Supersymmetry in Events with an Electron and a Muon with Large Impact Parameters journal February 2015
Search for Long-Lived Particles in e + e − Collisions journal April 2015
Search for Hidden-Sector Bosons in B 0 → K * 0 μ + μ − Decays journal October 2015
Search for Neutral, Long-Lived Particles Decaying into Two Muons in p p ¯ Collisions at s = 1.96     TeV journal October 2006
On a New Approach for Finding All the Modified Cut-Sets in an Incompatibility Graph journal February 1973
Interactions of coloured heavy stable particles in matter journal March 2007
Parton distributions for the LHC journal July 2009
An updated description of heavy-hadron interactions in Geant-4 journal February 2010
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Performance of missing transverse momentum reconstruction in proton-proton collisions at $\sqrt{s} = 7~\mbox{TeV}$ with ATLAS journal January 2012
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Single hadron response measurement and calorimeter jet energy scale uncertainty with the ATLAS detector at the LHC journal March 2013
Squark and gluino production cross sections in $$pp$$ p p collisions at $$\sqrt{s} = 13, 14, 33$$ s = 13 , 14 , 33 and $$100$$ 100 TeV journal December 2014
Jet energy measurement and its systematic uncertainty in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=7$$ s = 7  TeV with the ATLAS detector journal January 2015
HistFitter software framework for statistical data analysis journal April 2015
Search for long-lived particles decaying to jet pairs journal April 2015
Luminosity determination in pp collisions at $$\sqrt{s}$$ s = 8 TeV using the ATLAS detector at the LHC journal November 2016
Search for massive long-lived particles decaying semileptonically in the LHCb detector journal April 2017
Performance of algorithms that reconstruct missing transverse momentum in $$\sqrt{s}$$ s = 8 TeV proton–proton collisions in the ATLAS detector journal April 2017
Performance of the ATLAS trigger system in 2015 journal May 2017
Topological cell clustering in the ATLAS calorimeters and its performance in LHC Run 1 journal July 2017
Interactions of heavy stable hadronising particles journal September 2004