Journal Article PUBDB-2025-01760

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Search for Fractionally Charged Particles in Proton-Proton Collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2025
APS College Park, Md.

Physical review letters 134(13), 131802 () [10.1103/PhysRevLett.134.131802]
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Report No.: CERN-EP-2024-002; CMS-EXO-19-006; arXiv:2402.09932

Abstract: A search is presented for fractionally charged particles with charges below 1$e$, using their small energy loss in the tracking detector as a key variable to observe a signal. The analyzed dataset corresponds to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$ of proton-proton collisions collected at $\sqrt{s}$ = 13 TeV in 2016–2018 at the CERN LHC. This is the first search at the LHC for new particles with a charge between $e$/3 and 0.9$e$, including an extension of previous results at a charge of 2$e$/3. Masses up to 640 GeV and charges as low as $e$/3 are excluded at 95% confidence level. These are the most stringent limits to date for the considered Drell-Yan-like production mode.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; charged particle: search for ; charged particle: pair production ; charged particle: long-lived ; CERN LHC Coll ; Drell-Yan process ; charge: fractional ; energy loss ; CERN Lab ; tracking detector ; new particle ; channel cross section: upper limit ; mass dependence ; charged particle: mass: lower limit ; experimental results ; 13000 GeV-cms

Classification:

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

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