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Title: Search for long-lived heavy neutral leptons with displaced vertices in proton-proton collisions at $$\sqrt{\mathrm{s}}$$ =13 TeV

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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A search for heavy neutral leptons (HNLs), the right-handed Dirac or Majorana neutrinos, is performed in final states with three charged leptons (electrons or muons) using proton-proton collision data collected by the CMS experiment at √s = 13 TeV at the CERN LHC. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb-1. The HNLs could be produced through mixing with standard model neutrinos ν. For small values of the HNL mass (<20 GeV) and the square of the HNL-ν mixing parameter (10-7–10-2), the decay length of these particles can be large enough so that the secondary vertex of the HNL decay can be resolved with the CMS silicon tracker. The selected final state consists of one lepton emerging from the primary proton-proton collision vertex, and two leptons forming a displaced, secondary vertex. No significant deviations from the standard model expectations are observed, and constraints are obtained on the HNL mass and coupling strength parameters, excluding previously unexplored regions of parameter space in the mass range 1–20 GeV and squared mixing parameter values as low as 10-7.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1842764
Report Number(s):
CMS-EXO-20-009; CERN-EP-2021-264; FERMILAB-PUB-22-028-CMS; arXiv:2201.05578; oai:inspirehep.net:2011095; TRN: US2301411
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2022, Issue 7; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer NatureCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (56)

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Cosmological parameters and neutrino masses from the final P l a n c k and full-shape BOSS data journal April 2020
Parton distributions from high-precision collider data: NNPDF Collaboration journal October 2017
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Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
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Updated results on neutrino mass and mass hierarchy from cosmology with Planck 2018 likelihoods journal July 2020
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