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Search for heavy long-lived charged particles with large ionization energy loss in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-254; CMS-EXO-18-002; arXiv:2410.09164

Abstract: A search for heavy, long-lived, charged particles with large ionization energy loss within the silicon tracker of the CMS experiment is presented. A data set of proton-proton collisions at a center of mass energy at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, collected in 2017 and 2018 at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of 101 fb$^{-1}$, is used in this analysis. Two different approaches for the search are taken. A new method exploits the independence of the silicon pixel and strips measurements, while the second method improves on previous techniques using ionization to determine a mass selection. No significant excess of events above the background expectation is observed. The results are interpreted in the context of the pair production of supersymmetric particles, namely gluinos, top squarks, and tau sleptons, and of the Drell-Yan pair production of fourth generation ($\tau'$) leptons with an electric charge equal to or twice the absolute value of the electron charge ($e$). An interpretation of a Z$'$ boson decaying to two $\tau'$ leptons with an electric charge equal to 2$e$ is presented for the first time. The 95% confidence upper limits on the production cross section are extracted for each of these hypothetical particles.


Note: Submitted to the Journal of High Energy Physics. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/EXO-18-002 (CMS Public Pages)

Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  3. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  4. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2024
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