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Exploration at the high-energy frontier: ATLAS Run 2 searches investigating the exotic jungle beyond the Standard Model

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-075; arXiv:2403.09292

Abstract: The Large Hadron Collider is at the high-energy frontier of particle physics, having produced proton$-$proton collisions during Run 2, from 2015 to 2018, at an unprecedented centre-of-mass energy of 13 TeV. The ATLAS experiment has a broad programme to thoroughly explore this uncharted territory, to seek out new exotic particles predicted by theories that boldly go beyond the Standard Model. Although the Standard Model has been very successful, it leaves many questions unanswered, prompting novel ideas about particles that could be hiding in the data, waiting to be discovered by intrepid explorers. These include dark-matter candidates, hidden-sector particles, new vector resonances, leptoquarks, and vector-like quarks, to name a few examples. Searches for new particles are reported here, with the exception of searches for supersymmetry or extended Higgs sectors as these are the subjects of separate reports.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; vector boson: fusion ; gluon gluon: fusion ; transverse energy: missing-energy ; particle: exotic ; resonance: vector ; Z' ; W' ; new physics: search for ; ATLAS ; dark matter: direct detection ; Higgs particle: invisible decay ; quark: vector particle ; quark: mass ; new particle ; neutrino: heavy ; CERN LHC Coll ; black hole: quantum ; gravitation ; space-time: higher-dimensional ; graviton: Kaluza-Klein ; Randall-Sundrum model ; leptoquark ; photon: hidden sector ; channel cross section: upper limit ; branching ratio: upper limit ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; mass: lower limit ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: 123 pages in total, author list starting page 106, 49 figures, 4 tables, submitted to Physics Reports. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/EXOT-2023-14/

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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