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Measurement of the $γγ\to ττ$ cross section and constraints on the anomalous magnetic moment of the $τ$ lepton in ultraperipheral PbPb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV

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2026

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Report No.: CERN-EP-2026-160; CMS-HIN-24-011; arXiv:2607.20148

Abstract: The production of $\tau$ lepton pairs via photon-photon fusion, $\gamma\gamma \to \tau \tau$, is studied in ultraperipheral lead-lead collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 5.02 TeV. The dataset, collected by the CMS experiment in 2018, corresponds to an integrated luminosity of 1.70 nb$^{-1}$. Four different $\tau^+\tau^-$ decay final states are analyzed. A simultaneous likelihood fit to the measured lepton transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) distributions, which incorporates information from both spectral shape and normalization, is used to constrain the anomalous magnetic moment of the $\tau$ lepton, $a_\tau$, and to extract the cross section of the process. The measured 95% CL interval for $a_\tau$ is $-$0.039 $\lt$ $a_\tau$ $\lt$ 0.032. The fiducial cross section, $\sigma_{\gamma\gamma \to \tau \tau}^\text{fid}$ = 555$^{+60}_{-14}$ $\mu$b for tau leptons with $p_\mathrm{T}^\tau$ $\gt$ 1 GeV and pseudorapidity $\lvert\eta^\tau\rvert$ $\lt$ 3, is the most precise measurement for this process at the LHC to date and is in agreement with next-to-leading-order quantum electrodynamics predictions.


Note: Submitted to Physics Letters B. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/HIN-24-011 (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: Das Quantisierte Universum II (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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 Record created 2026-08-14, last modified 2026-08-14


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