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Title: Search for long-lived particles using displaced vertices and missing transverse momentum in proton-proton collisions at s=13  TeV
A search for the production of long-lived particles in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV at the CERN LHC is presented. The search is based on data collected by the CMS experiment in 2016–2018, corresponding to a total integrated luminosity of 137 fb 1 . This search is designed to be sensitive to long-lived particles with mean proper decay lengths between 0.1 and 1000 mm, whose decay products produce a final state with at least one displaced vertex and missing transverse momentum. A machine learning algorithm, which improves the background rejection power by more than an order of magnitude, is applied to improve the sensitivity. The observation is consistent with the standard model background prediction, and the results are used to constrain split supersymmetry (SUSY) and gauge-mediated SUSY breaking models with different gluino mean proper decay lengths and masses. This search is the first CMS search that shows sensitivity to hadronically decaying long-lived particles from signals with mass differences between the gluino and neutralino below 100 GeV. It sets the most stringent limits to date for split-SUSY models and gauge-mediated SUSY breaking models with gluino proper decay length less than 6 mm. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN  more » « less
Award ID(s):
2209557 2209553 2121686 2209460
PAR ID:
10530158
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
American Physical Society
Date Published:
Journal Name:
Physical Review D
Volume:
109
Issue:
11
ISSN:
2470-0010
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A search for long-lived particles (LLPs) decaying in the CMS muon detectors is presented. A data sample of proton-proton collisions at s = 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 138 fb 1 , recorded at the LHC in 2016–2018, is used. The decays of LLPs are reconstructed as high multiplicity clusters of hits in the muon detectors. In the context of twin Higgs models, the search is sensitive to LLP masses from 0.4 to 55 GeV and a broad range of LLP decay modes, including decays to hadrons, τ leptons, electrons, or photons. No excess of events above the standard model background is observed. The most stringent limits to date from LHC data are set on the branching fraction of the Higgs boson decay to a pair of LLPs with masses below 10 GeV. This search also provides the best limits for various intervals of LLP proper decay length and mass. Finally, this search sets the first limits at the LHC on a dark quantum chromodynamic sector whose particles couple to the Higgs boson through gluon, Higgs boson, photon, vector, and dark-photon portals, and is sensitive to branching fractions of the Higgs boson to dark quarks as low as 2 × 10 3 . © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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