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Search for heavy long-lived multi-charged particles in the full LHC Run 2 $pp$ collision data at $\sqrt{s}$ = 13 TeV using the ATLAS detector

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2023

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Report No.: CERN-EP-2023-017; arXiv:2303.13613

Abstract: A search for heavy long-lived multi-charged particles is performed using the ATLAS detector at the LHC. Data collected in 2015-2018 at $\sqrt{s}$ = 13 TeV from $pp$ collisions corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$ are examined. Particles producing anomalously high ionization, consistent with long-lived spin-1/2 massive particles with electric charges from $|q|=2e$ to $|q|=7e$ are searched for. No statistically significant evidence of such particles is observed, and 95% confidence level cross-section upper limits are calculated and interpreted as the lower mass limits for a Drell-Yan plus photon-fusion production mode. The least stringent limit, 1060 GeV, is obtained for $|q|=2e$ particles, and the most stringent one, 1600 GeV, is for $|q|=6e$ particles.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; photon photon: fusion ; channel cross section: upper limit ; charge: electric ; ionization: high ; particle: massive ; charged particle: long-lived ; charged particle: mass ; CERN LHC Coll ; ATLAS ; Drell-Yan process ; mass: lower limit ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: 38 pages in total, author list starting page 21, 9 figures, 5 tables, submitted to PLB. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/EXOT-2018-54

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2023
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