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Search for b hadron decays to long-lived particles in the CMS endcap muon detectors

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-166; CMS-EXO-24-004; arXiv:2508.06363

Abstract: A search for long-lived particles originating from the decay of b hadrons produced in proton-proton collisions with a center-of-mass energy of 13 TeV at the LHC is presented. The analysis is performed on a data set recorded in 2018, corresponding to an integrated luminosity of 41.6 fb$^{-1}$. Interactions of the long-lived particles in the CMS endcap muon system would create hadronic or electromagnetic showers, producing clusters of detector hits. Selected events contain at least one such high-multiplicity cluster in the muon endcaps and require the presence of a displaced muon. The most stringent upper limits to date on the branching fraction $\mathcal{B}$(B $\to$ K$Φ$), where the long-lived particle $Φ$ decays to a pair of hadrons, are obtained for $Φ$ masses of 0.3$-$3.0 GeV and $Φ$ mean proper decay lengths in the range of 1$-$500 cm.


Note: Submitted to Physical Review D. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/EXO-24-004 (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. 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

Appears in the scientific report 2025
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