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This content will become publicly available on January 1, 2026

Title: Long-lived particle reconstruction downstream of the LHCb magnet
Abstract Charged-particle trajectories are usually reconstructed with the LHCb detector using combined information from the tracking devices placed upstream and downstream of the 4 T m dipole magnet. Trajectories reconstructed using only information from the tracker downstream of the dipole magnet, which are referred to as T tracks, have not been used for physics analysis to date. The challenges of the reconstruction of long-lived particles with T tracks for physics use are discussed and solutions are proposed. The feasibility and the tracking performance are studied using samples of long-lived$${\Lambda }$$ Λ and$$K_S^0$$ K S 0 hadrons decaying between 6.0 and 7.6 m downstream of the proton–proton collision point, thereby traversing most of the magnetic field region and providing maximal sensitivity to magnetic and electric dipole moments. The reconstruction can be expanded upstream to about 2.5 m for use in direct searches of exotic long-lived particles. The data used in this analysis have been recorded between 2015 and 2018 and correspond to an integrated luminosity of 6 $$\hbox {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The results obtained demonstrate the possibility to further extend the decay volume and the physics reach of the LHCb experiment.  more » « less
Award ID(s):
2411639
PAR ID:
10614912
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Eur. Phys. J. C
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
85
Issue:
1
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract This paper presents the first measurement of$$\psi {(2S)}$$ ψ ( 2 S ) and$$\chi _{c1}(3872)$$ χ c 1 ( 3872 ) meson production within fully reconstructed jets. Each quarkonium state (tag) is reconstructed via its decay to the$${{J \hspace{-1.66656pt}/\hspace{-1.111pt}\psi }} $$ J / ψ ($$\rightarrow $$ → $$\mu ^+\mu ^-$$ μ + μ - )$$\pi ^+\pi ^-$$ π + π - final state in the forward region using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment at the center-of-mass-energy of$$13\text {TeV} $$ 13 TeV in 2016, corresponding to an integrated luminosity of$$1.64\,\text {\,fb} ^{-1} $$ 1.64 \,fb - 1 . The fragmentation function, presented as the ratio of the quarkonium-tag transverse momentum to the full jet transverse momentum ($$p_{\textrm{T}} (\text {tag})/p_{\textrm{T}} (\text {jet})$$ p T ( tag ) / p T ( jet ) ), is measured differentially in$$p_{\textrm{T}} (\text {jet})$$ p T ( jet ) and$$p_{\textrm{T}} (\text {tag})$$ p T ( tag ) bins. The distributions are separated into promptly produced quarkonia from proton-proton collisions and quarkonia produced from displacedb-hadron decays. While the displaced quarkonia fragmentation functions are in general well described by parton-shower predictions, the prompt quarkonium distributions differ significantly from fixed-order non-relativistic QCD (NRQCD) predictions followed by a QCD parton shower. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A measurement of theCP-violating parameters in$$ {B}_s^0\boldsymbol{\to}{D}_s^{\mp }{K}^{\pm} $$ B s 0 → D s ∓ K ± decays is reported, based on the analysis of proton-proton collision data collected by the LHCb experiment corresponding to an integrated luminosity of 6 fb−1at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The measured parameters are obtained with a decay-time dependent analysis yieldingCf= 0.791 ± 0.061 ± 0.022,$$ {A}_f^{\Delta \Gamma} $$ A f ∆ Γ = −0.051 ± 0.134 ± 0.058,$$ {A}_{\overline{f}}^{\Delta \Gamma} $$ A f ¯ ∆ Γ = −0.303 ± 0.125 ± 0.055,Sf= −0.571 ± 0.084 ± 0.023 and$$ {S}_{\overline{f}} $$ S f ¯ = −0.503 ± 0.084 ± 0.025, where the first uncertainty is statistical and the second systematic. This corresponds to CP violation in the interference between mixing and decay of about 8.6σ. Together with the value of the$$ {B}_s^0 $$ B s 0 mixing phase −2βs, these parameters are used to obtain a measurement of the CKM angleγequal to (74 ± 12)° modulo 180°, where the uncertainty contains both statistical and systematic contributions. This result is combined with the previous LHCb measurement in this channel using 3 fb−1resulting in a determination of$$ \gamma ={\left({81}_{-11}^{+12}\right)}^{\circ } $$ γ = 81 − 11 + 12 ∘ . 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract A search is reported for charge-parity$$CP$$ CP violation in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D 0 → K S 0 K S 0 decays, using data collected in proton–proton collisions at$$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V recorded by the CMS experiment in 2018. The analysis uses a dedicated data set that corresponds to an integrated luminosity of 41.6$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , which consists of about 10 billion events containing a pair of b hadrons, nearly all of which decay to charm hadrons. The flavor of the neutral D meson is determined by the pion charge in the reconstructed decays$${{{\textrm{D}}}^{{*+}}} \rightarrow {{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} $$ D ∗ + → D 0 π + and$${{{\textrm{D}}}^{{*-}}} \rightarrow {\overline{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D ∗ - → D ¯ 0 π - . The$$CP$$ CP asymmetry in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D 0 → K S 0 K S 0 is measured to be$$A_{CP} ({{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} ) = (6.2 \pm 3.0 \pm 0.2 \pm 0.8)\%$$ A CP ( K S 0 K S 0 ) = ( 6.2 ± 3.0 ± 0.2 ± 0.8 ) % , where the three uncertainties represent the statistical uncertainty, the systematic uncertainty, and the uncertainty in the measurement of the$$CP$$ CP asymmetry in the$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D 0 → K S 0 π + π - decay. This is the first$$CP$$ CP asymmetry measurement by CMS in the charm sector as well as the first to utilize a fully hadronic final state. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract The double differential cross sections of the Drell–Yan lepton pair ($$\ell ^+\ell ^-$$ ℓ + ℓ - , dielectron or dimuon) production are measured as functions of the invariant mass$$m_{\ell \ell }$$ m ℓ ℓ , transverse momentum$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ p T ( ℓ ℓ ) , and$$\varphi ^{*}_{\eta }$$ φ η ∗ . The$$\varphi ^{*}_{\eta }$$ φ η ∗ observable, derived from angular measurements of the leptons and highly correlated with$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ p T ( ℓ ℓ ) , is used to probe the low-$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ p T ( ℓ ℓ ) region in a complementary way. Dilepton masses up to 1$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$ Te V are investigated. Additionally, a measurement is performed requiring at least one jet in the final state. To benefit from partial cancellation of the systematic uncertainty, the ratios of the differential cross sections for various$$m_{\ell \ell }$$ m ℓ ℓ ranges to those in the Z mass peak interval are presented. The collected data correspond to an integrated luminosity of 36.3$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 of proton–proton collisions recorded with the CMS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$ Te V . Measurements are compared with predictions based on perturbative quantum chromodynamics, including soft-gluon resummation. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract A measurement is presented of a ratio observable that provides a measure of the azimuthal correlations among jets with large transverse momentum$$p_{\textrm{T}}$$ p T . This observable is measured in multijet events over the range of$$p_{\textrm{T}} = 360$$ p T = 360 –$$3170\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V} $$ 3170 Ge V based on data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V , corresponding to an integrated luminosity of 134$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The results are compared with predictions from Monte Carlo parton-shower event generator simulations, as well as with fixed-order perturbative quantum chromodynamics (pQCD) predictions at next-to-leading-order (NLO) accuracy obtained with different parton distribution functions (PDFs) and corrected for nonperturbative and electroweak effects. Data and theory agree within uncertainties. From the comparison of the measured observable with the pQCD prediction obtained with the NNPDF3.1 NLO PDFs, the strong coupling at the Z boson mass scale is$$\alpha _\textrm{S} (m_{{\textrm{Z}}}) =0.1177 \pm 0.0013\, \text {(exp)} _{-0.0073}^{+0.0116} \,\text {(theo)} = 0.1177_{-0.0074}^{+0.0117}$$ α S ( m Z ) = 0.1177 ± 0.0013 (exp) - 0.0073 + 0.0116 (theo) = 0 . 1177 - 0.0074 + 0.0117 , where the total uncertainty is dominated by the scale dependence of the fixed-order predictions. A test of the running of$$\alpha _\textrm{S}$$ α S in the$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V region shows no deviation from the expected NLO pQCD behaviour. 
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