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This content will become publicly available on July 1, 2025

Title: Search for high-mass exclusive diphoton production with tagged protons in proton-proton collisions at s=13  TeV
A search is presented for high-mass exclusive diphoton production via photon-photon fusion in proton-proton collisions at s = 13 TeV in events where both protons survive the interaction. The analysis utilizes data corresponding to an integrated luminosity of 103 fb 1 collected in 2016–2018 with the central CMS detector and the CMS and TOTEM precision proton spectrometer (PPS). Events that have two photons with high transverse momenta ( p T γ > 100 GeV ), back-to-back in azimuth, and with a large diphoton invariant mass ( m γ γ > 350 GeV ) are selected. To remove the dominant inclusive diphoton backgrounds, the kinematic properties of the protons detected in PPS are required to match those of the central diphoton system. Only events having opposite-side forward protons detected with a fractional momentum loss between 0.035 and 0.15 (0.18) for the detectors on the negative (positive) side of CMS are considered. One exclusive diphoton candidate is observed for an expected background of 1.1 events. Limits at 95% confidence level are derived for the four-photon anomalous coupling parameters | ζ 1 | < 0.073 TeV 4 and | ζ 2 | < 0.15 TeV 4 , using an effective field theory. Additionally, upper limits are placed on the production of axionlike particles with coupling strength to photons f 1 that varies from 0.03 TeV 1 to 1 TeV 1 over the mass range from 500 to 2000 GeV. © 2024 CERN, for the CMS and TOTEMs Collaboration2024CERN  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10549903
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
;
Publisher / Repository:
American Physical Society
Date Published:
Journal Name:
Physical Review D
Volume:
110
Issue:
1
ISSN:
2470-0010
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  2. The first observation of the concurrent production of two J / ψ mesons in proton-nucleus collisions is presented. The analysis is based on a proton-lead ( p Pb ) data sample recorded at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 8.16 TeV by the CMS experiment at the CERN LHC and corresponding to an integrated luminosity of 174.6 nb 1 . The two J / ψ mesons are reconstructed in their μ + μ decay channels with transverse momenta p T > 6.5 GeV and rapidity | y | < 2.4 . Events where one of the J / ψ mesons is reconstructed in the dielectron channel are also considered in the search. The p Pb J / ψ J / ψ + X process is observed with a significance of 5.3 standard deviations. The measured inclusive fiducial cross section, using the four-muon channel alone, is σ ( p Pb J / ψ J / ψ + X ) = 22.0 ± 8.9 ( stat ) ± 1.5 ( syst ) nb . A fit of the data to the expected rapidity separation for pairs of J / ψ mesons produced in single (SPS) and double (DPS) parton scatterings yields σ SPS p Pb J / ψ J / ψ + X = 16.5 ± 10.8 ( stat ) ± 0.1 ( syst ) nb and σ DPS p Pb J / ψ J / ψ + X = 5.4 ± 6.2 ( stat ) ± 0.4 ( syst ) nb , respectively. This latter result can be transformed into a lower bound on the effective DPS cross section, closely related to the squared average interparton transverse separation in the collision, of σ eff > 1.0 mb at 95% confidence level. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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