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Search for light long-lived particles in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV using displaced vertices in the ATLAS inner detector

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-086; arXiv:2403.15332

Abstract: A search for long-lived particles (LLPs) using 140 fb$^{-1}$ of $pp$ collision data with $\sqrt{s} = 13$ TeV recorded by the ATLAS experiment at the LHC is presented. The search targets LLPs with masses between $5$ and $55$ GeV that decay hadronically in the ATLAS inner detector. Benchmark models with LLP pair production from exotic decays of the Higgs boson and models featuring long-lived axion-like particles (ALPs) are considered. No significant excess above the expected background is observed. Upper limits are placed on the branching ratio of the Higgs boson to pairs of LLPs, the cross-section for ALPs produced in association with a vector boson, and, for the first time, on the branching ratio of the top quark to an ALP and a $u/c$ quark.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; neutral particle: long-lived ; Higgs particle: branching ratio ; Higgs particle: rare decay ; top: branching ratio ; decay: exotic ; ATLAS ; neutral particle: pair production ; axion-like particles ; benchmark ; vector boson: associated production ; channel cross section: upper limit ; branching ratio: upper limit ; CERN LHC Coll ; background ; track data analysis: vertex ; data analysis method ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: 35 pages in total, author list starting page 18, 6+3aux figures, 0+2aux tables, submitted to Physical Review Letters. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/EXOT-2021-32

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project G:(GEPRIS)469666862 - Präzisionstests des Standardmodells unter der Verwendung von geboosteten W/Z-Bosonen am Large Hadron Collider (469666862) (469666862)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2024
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Physical review letters 133(16), 161803 () [10.1103/PhysRevLett.133.161803]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS


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