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Title: Search for high-mass exclusive γγ → WW and γγ → ZZ production in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A bstract A search is performed for exclusive high-mass γγ → WW and γγ → ZZ production in proton-proton collisions using intact forward protons reconstructed in near-beam detectors, with both weak bosons decaying into boosted and merged jets. The analysis is based on a sample of proton-proton collisions collected by the CMS and TOTEM experiments at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 100 fb − 1 . No excess above the standard model background prediction is observed, and upper limits are set on the pp → pWWp and pp → pZZp cross sections in a fiducial region defined by the diboson invariant mass m (VV) > 1 TeV (with V = W , Z) and proton fractional momentum loss 0 . 04 < ξ < 0 . 20. The results are interpreted as new limits on dimension-6 and dimension-8 anomalous quartic gauge couplings.  more » « less
Award ID(s):
2209553 2121686
PAR ID:
10463774
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2023
Issue:
7
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract The performance of muon tracking, identification, triggering, momentum resolution, and momentum scale has been studied with the CMS detector at the LHC using data collected at √(sNN) = 5.02 TeV in proton-proton (pp) and lead-lead (PbPb) collisions in 2017 and 2018, respectively, and at √(sNN) = 8.16 TeV in proton-lead (pPb) collisions in 2016. Muon efficiencies, momentum resolutions, and momentum scales are compared by focusing on how the muon reconstruction performance varies from relatively small occupancy pp collisions to the larger occupancies of pPb collisions and, finally, to the highest track multiplicity PbPb collisions. We find the efficiencies of muon tracking, identification, and triggering to be above 90% throughout most of the track multiplicity range. The momentum resolution and scale are unaffected by the detector occupancy. The excellent muon reconstruction of the CMS detector enables precision studies across all available collision systems. 
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  2. A bstract A measurement of the forward-backward asymmetry of pairs of oppositely charged leptons (dimuons and dielectrons) produced by the Drell-Yan process in proton-proton collisions is presented. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 138 fb − 1 collected with the CMS detector at the LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV. The asymmetry is measured as a function of lepton pair mass for masses larger than 170 GeV and compared with standard model predictions. An inclusive measurement across both channels and the full mass range yields an asymmetry of 0 . 612 ± 0 . 005 (stat) ± 0 . 007 (syst). As a test of lepton flavor universality, the difference between the dimuon and dielectron asymmetries is measured as well. No statistically significant deviations from standard model predictions are observed. The measurements are used to set limits on the presence of additional gauge bosons. For a Z′ boson in the sequential standard model the observed (expected) 95% confidence level lower limit on the Z′ mass is 4.4 TeV (3.7 TeV). 
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  3. Abstract A generic search is presented for the associated production of a Z boson or a photon with an additional unspecified massive particle X,$${\textrm{pp}}\rightarrow {\textrm{pp}} +{{\textrm{Z}}}/\upgamma +{{\textrm{X}}} $$ pp pp + Z / γ + X , in proton-tagged events from proton–proton collisions at$$\sqrt{s}=13\, \textrm{TeV}$$ s = 13 TeV , recorded in 2017 with the CMS detector and the CMS-TOTEM precision proton spectrometer. The missing mass spectrum is analysed in the 600–1600 GeV range and a fit is performed to search for possible deviations from the background expectation. No significant excess in data with respect to the background predictions has been observed. Model-independent upper limits on the visible production cross section of$${\textrm{pp}}\rightarrow {\textrm{pp}} +{{\textrm{Z}}}/\upgamma +{{\textrm{X}}} $$ pp pp + Z / γ + X are set. 
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  4. A bstract A direct search for Higgs bosons produced via vector-boson fusion and subsequently decaying into invisible particles is reported. The analysis uses 139 fb − 1 of pp collision data at a centre-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded by the ATLAS detector at the LHC. The observed numbers of events are found to be in agreement with the background expectation from Standard Model processes. For a scalar Higgs boson with a mass of 125 GeV and a Standard Model production cross section, an observed upper limit of 0 . 145 is placed on the branching fraction of its decay into invisible particles at 95% confidence level, with an expected limit of 0 . 103. These results are interpreted in the context of models where the Higgs boson acts as a portal to dark matter, and limits are set on the scattering cross section of weakly interacting massive particles and nucleons. Invisible decays of additional scalar bosons with masses from 50 GeV to 2 TeV are also studied, and the derived upper limits on the cross section times branching fraction decrease with increasing mass from 1 . 0 pb for a scalar boson mass of 50 GeV to 0 . 1 pb at a mass of 2 TeV. 
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  5. Abstract In this work, we investigate the collective flow development in high energy proton proton (pp) collisions with a multiphase transport model (AMPT) based on PYTHIA8 initial conditions with a sub-nucleon structure. It is found that the PYTHIA8 based AMPT model can reasonably describe both the charged hadron productions and elliptic flow experimental data measured in pp collisions at$$\sqrt{s}=13$$ s = 13 TeV. By turning on the parton and hadron rescatterings in AMPT separately, we find that the observed collective flow in pp collisions is largely developed during the parton evolution, while no significant flow effect can be generated with the pure hadronic rescatterings. It is also shown that the parton escape mechanism is important for describing both the magnitude of the two-particle cumulant and the sign of the four-particle cumulants. We emphasize that the strong mass ordering of the elliptic flow results from the coalescence process in the transport model and can thus be regarded as unique evidence related to the creation of deconfined parton matter in high energy pp collisions. 
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