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Report/Journal Article PUBDB-2019-02321
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Search for an $L_{\mu}-L_{\tau}$ gauge boson using Z$\to4\mu$ events in proton-proton collisions at $\sqrt{s} =$ 13 TeV

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2019
North-Holland Publ. Amsterdam

Physics letters / B 792, 345 - 368 () [10.1016/j.physletb.2019.01.072]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2018-208; CMS-EXO-18-008; arXiv:1808.03684

Abstract: A search for a narrow Z$'$ gauge boson with a mass between 5 and 70 GeV resulting from an $L_{\mu}-L_{\tau}$ $U(1)$ local gauge symmetry is reported. Events containing four muons with an invariant mass near the standard model Z boson mass are analyzed, and the selection is further optimized to be sensitive to the events that may contain Z$\to$Z$'\mu\mu\to4\mu$ decays. A data sample of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV is used, corresponding to an integrated luminosity of 77.3 fb$^{-1}$ recorded in 2016 and 2017 by the CMS detector at the LHC. Theories that predict such a particle have been proposed as an explanation of various experimental discrepancies, including the lack of a dark matter signal in direct-detection experiments, tension in the measurement of the anomalous magnetic moment of the muon, and reports of possible lepton flavor universality violation in B meson decays. The event yields are consistent with the standard model predictions. Upper limits of 10$^{-8}$-10$^{-7}$ at 95% confidence level are set on the product of branching fractions $\mathcal{B}$(Z $\to$ Z$' \mu \mu$) $\mathcal{B}$(Z$' \to\mu \mu$), depending on the Z$'$ mass, which excludes a Z$'$ boson coupling strength to muons above 0.004-0.3. These are the first dedicated limits on $L_{\mu}-L_{\tau}$ models at the LHC and result in a significant increase in the excluded model parameter space.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; resonance: production ; narrow resonance ; Z': hadroproduction ; Z': leptonic decay ; Z': mass ; Z0: rare decay ; muon: multiple production ; muon: magnetic moment ; mass spectrum: (4muon) ; mass spectrum: (2muon+ 2muon-) ; lepton: flavor: universality ; lepton number ; boson: coupling constant ; universality: violation ; symmetry: gauge ; symmetry: U(1) ; CERN LHC Coll ; gauge boson: U(1) ; dark matter: direct detection ; Z0: branching ratio ; Z': branching ratio ; branching ratio: upper limit ; mass dependence ; tension ; CMS ; experimental results ; 13000 GeV-cms

Classification:
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF3-611) (POF3-611)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2019
Database coverage:
Medline ; Creative Commons Attribution CC BY 4.0 ; SCOAP3 OpenAccess ; DOAJ ; OpenAccess ; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; DOAJ Seal ; Ebsco Academic Search ; IF < 5 ; JCR ; NationallizenzNationallizenz ; SCOPUS ; Science Citation Index ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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