Search for exclusive or semi-exclusive γγ production and observation of exclusive and semi-exclusive e+e− production in pp collisions at $ \sqrt{s}=7 $ TeV

Author:

,Chatrchyan S.,Khachatryan V.,Sirunyan A. M.,Tumasyan A.,Adam W.,Bergauer T.,Dragicevic M.,Erö J.,Fabjan C.,Friedl M.,Frühwirth R.,Ghete V. M.,Hammer J.,Hörmann N.,Hrubec J.,Jeitler M.,Kiesenhofer W.,Knünz V.,Krammer M.,Liko D.,Mikulec I.,Pernicka M.,Rahbaran B.,Rohringer C.,Rohringer H.,Schöfbeck R.,Strauss J.,Taurok A.,Wagner P.,Waltenberger W.,Walzel G.,Widl E.,Wulz C.-E.,Mossolov V.,Shumeiko N.,Suarez Gonzalez J.,Bansal S.,Cornelis T.,De Wolf E. A.,Janssen X.,Luyckx S.,Maes T.,Mucibello L.,Ochesanu S.,Roland B.,Rougny R.,Selvaggi M.,Staykova Z.,Van Haevermaet H.,Van Mechelen P.,Van Remortel N.,Van Spilbeeck A.,Blekman F.,Blyweert S.,D’Hondt J.,Gonzalez Suarez R.,Kalogeropoulos A.,Maes M.,Olbrechts A.,Van Doninck W.,Van Mulders P.,Van Onsem G. P.,Villella I.,Clerbaux B.,De Lentdecker G.,Dero V.,Gay A. P. R.,Hreus T.,Léonard A.,Marage P. E.,Reis T.,Thomas L.,Vander Velde C.,Vanlaer P.,Wang J.,Adler V.,Beernaert K.,Cimmino A.,Costantini S.,Garcia G.,Grunewald M.,Klein B.,Lellouch J.,Marinov A.,Mccartin J.,Ocampo Rios A. A.,Ryckbosch D.,Strobbe N.,Thyssen F.,Tytgat M.,Vanelderen L.,Verwilligen P.,Walsh S.,Yazgan E.,Zaganidis N.,Basegmez S.,Bruno G.,Castello R.,Caudron A.,Ceard L.,Delaere C.,du Pree T.,Favart D.,Forthomme L.,Giammanco A.,Hollar J.,Lemaitre V.,Liao J.,Militaru O.,Nuttens C.,Pagano D.,Perrini L.,Pin A.,Piotrzkowski K.,Schul N.,Vizan Garcia J. M.,Beliy N.,Caebergs T.,Daubie E.,Hammad G. H.,Alves G. A.,Correa Martins M.,De Jesus Damiao D.,Martins T.,Pol M. E.,Souza M. H. G.,Aldá W. L.,Carvalho W.,Custódio A.,Da Costa E. M.,De Oliveira Martins C.,Fonseca De Souza S.,Matos Figueiredo D.,Mundim L.,Nogima H.,Oguri V.,Prado Da Silva W. L.,Santoro A.,Soares Jorge L.,Sznajder A.,Bernardes C. A.,Dias F. A.,Fernandez Perez Tomei T. R.,Gregores E. M.,Lagana C.,Marinho F.,Mercadante P. G.,Novaes S. F.,Padula Sandra S.,Genchev V.,Iaydjiev P.,Piperov S.,Rodozov M.,Stoykova S.,Sultanov G.,Tcholakov V.,Trayanov R.,Vutova M.,Dimitrov A.,Hadjiiska R.,Kozhuharov V.,Litov L.,Pavlov B.,Petkov P.,Bian J. G.,Chen G. M.,Chen H. S.,Jiang C. H.,Liang D.,Liang S.,Meng X.,Tao J.,Wang J.,Wang X.,Wang Z.,Xiao H.,Xu M.,Zang J.,Zhang Z.,Asawatangtrakuldee C.,Ban Y.,Guo S.,Guo Y.,Li W.,Liu S.,Mao Y.,Qian S. J.,Teng H.,Wang S.,Zhu B.,Zou W.,Avila C.,Gomez J. P.,Gomez Moreno B.,Osorio Oliveros A. F.,Sanabria J. C.,Godinovic N.,Lelas D.,Plestina R.,Polic D.,Puljak I.,Antunovic Z.,Kovac M.,Brigljevic V.,Duric S.,Kadija K.,Luetic J.,Morovic S.,Attikis A.,Galanti M.,Mavromanolakis G.,Mousa J.,Nicolaou C.,Ptochos F.,Razis P. A.,Finger M.,Finger M.,Assran Y.,Elgammal S.,Ellithi Kamel A.,Khalil S.,Mahmoud M. A.,Radi A.,Kadastik M.,Müntel M.,Raidal M.,Rebane L.,Tiko A.,Azzolini V.,Eerola P.,Fedi G.,Voutilainen M.,Härkönen J.,Heikkinen A.,Karimäki V.,Kinnunen R.,Kortelainen M. J.,Lampén T.,Lassila-Perini K.,Lehti S.,Lindén T.,Luukka P.,Mäenpää T.,Peltola T.,Tuominen E.,Tuominiemi J.,Tuovinen E.,Ungaro D.,Wendland L.,Banzuzi K.,Karjalainen A.,Korpela A.,Tuuva T.,Besancon M.,Choudhury S.,Dejardin M.,Denegri D.,Fabbro B.,Faure J. L.,Ferri F.,Ganjour S.,Givernaud A.,Gras P.,Hamel de Monchenault G.,Jarry P.,Locci E.,Malcles J.,Millischer L.,Nayak A.,Rander J.,Rosowsky A.,Shreyber I.,Titov M.,Baffioni S.,Beaudette F.,Benhabib L.,Bianchini L.,Bluj M.,Broutin C.,Busson P.,Charlot C.,Daci N.,Dahms T.,Dobrzynski L.,Granier de Cassagnac R.,Haguenauer M.,Miné P.,Mironov C.,Nguyen M.,Ochando C.,Paganini P.,Sabes D.,Salerno R.,Sirois Y.,Veelken C.,Zabi A.,Agram J.-L.,Andrea J.,Bloch D.,Bodin D.,Brom J.-M.,Cardaci M.,Chabert E. C.,Collard C.,Conte E.,Drouhin F.,Ferro C.,Fontaine J.-C.,Gelé D.,Goerlach U.,Juillot P.,Le Bihan A.-C.,Van Hove P.,Fassi F.,Mercier D.,Beauceron S.,Beaupere N.,Bondu O.,Boudoul G.,Chasserat J.,Chierici R.,Contardo D.,Depasse P.,El Mamouni H.,Fay J.,Gascon S.,Gouzevitch M.,Ille B.,Kurca T.,Lethuillier M.,Mirabito L.,Perries S.,Sordini V.,Tosi S.,Tschudi Y.,Verdier P.,Viret S.,Tsamalaidze Z.,Anagnostou G.,Beranek S.,Edelhoff M.,Feld L.,Heracleous N.,Hindrichs O.,Jussen R.,Klein K.,Merz J.,Ostapchuk A.,Perieanu A.,Raupach F.,Sammet J.,Schael S.,Sprenger D.,Weber H.,Wittmer B.,Zhukov V.,Ata M.,Caudron J.,Dietz-Laursonn E.,Duchardt D.,Erdmann M.,Fischer R.,Güth A.,Hebbeker T.,Heidemann C.,Hoepfner K.,Klingebiel D.,Kreuzer P.,Lingemann J.,Magass C.,Merschmeyer M.,Meyer A.,Olschewski M.,Papacz P.,Pieta H.,Reithler H.,Schmitz S. 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M.,Shukla P.,Aziz T.,Ganguly S.,Guchait M.,Maity M.,Majumder G.,Mazumdar K.,Mohanty G. B.,Parida B.,Sudhakar K.,Wickramage N.,Banerjee S.,Dugad S.,Arfaei H.,Bakhshiansohi H.,Etesami S. M.,Fahim A.,Hashemi M.,Jafari A.,Khakzad M.,Mohammadi A.,Mohammadi Najafabadi M.,Paktinat Mehdiabadi S.,Safarzadeh B.,Zeinali M.,Abbrescia M.,Barbone L.,Calabria C.,Chhibra S. S.,Colaleo A.,Creanza D.,De Filippis N.,De Palma M.,Fiore L.,Iaselli G.,Lusito L.,Maggi G.,Maggi M.,Marangelli B.,My S.,Nuzzo S.,Pacifico N.,Pompili A.,Pugliese G.,Selvaggi G.,Silvestris L.,Singh G.,Venditti R.,Zito G.,Abbiendi G.,Benvenuti A. C.,Bonacorsi D.,Braibant-Giacomelli S.,Brigliadori L.,Capiluppi P.,Castro A.,Cavallo F. R.,Cuffiani M.,Dallavalle G. M.,Fabbri F.,Fanfani A.,Fasanella D.,Giacomelli P.,Grandi C.,Guiducci L.,Marcellini S.,Masetti G.,Meneghelli M.,Montanari A.,Navarria F. L.,Odorici F.,Perrotta A.,Primavera F.,Rossi A. M.,Rovelli T.,Siroli G. 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G.,Kim T. Y.,Nam S. K.,Chang S.,Chung J.,Kim D. H.,Kim G. N.,Kong D. J.,Park H.,Ro S. R.,Son D. C.,Son T.,Kim J. Y.,Kim Zero J.,Song S.,Choi S.,Gyun D.,Hong B.,Jo M.,Kim H.,Kim T. J.,Lee K. S.,Moon D. H.,Park S. K.,Choi M.,Kang S.,Kim J. H.,Park C.,Park I. C.,Park S.,Ryu G.,Cho Y.,Choi Y.,Choi Y. K.,Goh J.,Kim M. S.,Kwon E.,Lee B.,Lee J.,Lee S.,Seo H.,Yu I.,Bilinskas M. J.,Grigelionis I.,Janulis M.,Juodagalvis A.,Castilla-Valdez H.,De La Cruz-Burelo E.,Heredia-de La Cruz I.,Lopez-Fernandez R.,Magaña Villalba R.,Martínez-Ortega J.,Sánchez-Hernández A.,Villasenor-Cendejas L. M.,Carrillo Moreno S.,Vazquez Valencia F.,Salazar Ibarguen H. A.,Casimiro Linares E.,Morelos Pineda A.,Reyes-Santos M. A.,Krofcheck D.,Bell A. J.,Butler P. H.,Doesburg R.,Reucroft S.,Silverwood H.,Ahmad M.,Asghar M. I.,Hoorani H. R.,Khalid S.,Khan W. A.,Khurshid T.,Qazi S.,Shah M. 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D.,Fisk I.,Freeman J.,Gao Y.,Green D.,Gutsche O.,Hanlon J.,Harris R. M.,Hirschauer J.,Hooberman B.,Jindariani S.,Johnson M.,Joshi U.,Kilminster B.,Klima B.,Kunori S.,Kwan S.,Leonidopoulos C.,Lincoln D.,Lipton R.,Lykken J.,Maeshima K.,Marraffino J. M.,Maruyama S.,Mason D.,McBride P.,Mishra K.,Mrenna S.,Musienko Y.,Newman-Holmes C.,O’Dell V.,Prokofyev O.,Sexton-Kennedy E.,Sharma S.,Spalding W. J.,Spiegel L.,Tan P.,Taylor L.,Tkaczyk S.,Tran N. V.,Uplegger L.,Vaandering E. W.,Vidal R.,Whitmore J.,Wu W.,Yang F.,Yumiceva F.,Yun J. C.,Acosta D.,Avery P.,Bourilkov D.,Chen M.,Das S.,De Gruttola M.,Di Giovanni G. P.,Dobur D.,Drozdetskiy A.,Field R. D.,Fisher M.,Fu Y.,Furic I. K.,Gartner J.,Hugon J.,Kim B.,Konigsberg J.,Korytov A.,Kropivnitskaya A.,Kypreos T.,Low J. F.,Matchev K.,Milenovic P.,Mitselmakher G.,Muniz L.,Remington R.,Rinkevicius A.,Sellers P.,Skhirtladze N.,Snowball M.,Yelton J.,Zakaria M.,Gaultney V.,Lebolo L. M.,Linn S.,Markowitz P.,Martinez G.,Rodriguez J. L.,Adams J. R.,Adams T.,Askew A.,Bochenek J.,Chen J.,Diamond B.,Gleyzer S. V.,Haas J.,Hagopian S.,Hagopian V.,Jenkins M.,Johnson K. F.,Prosper H.,Veeraraghavan V.,Weinberg M.,Baarmand M. M.,Dorney B.,Hohlmann M.,Kalakhety H.,Vodopiyanov I.,Adams M. R.,Anghel I. M.,Apanasevich L.,Bai Y.,Bazterra V. E.,Betts R. R.,Bucinskaite I.,Callner J.,Cavanaugh R.,Dragoiu C.,Evdokimov O.,Gauthier L.,Gerber C. E.,Hofman D. J.,Khalatyan S.,Lacroix F.,Malek M.,O’Brien C.,Silkworth C.,Strom D.,Varelas N.,Akgun U.,Albayrak E. A.,Bilki B.,Clarida W.,Duru F.,Griffiths S.,Merlo J.-P.,Mermerkaya H.,Mestvirishvili A.,Moeller A.,Nachtman J.,Newsom C. R.,Norbeck E.,Onel Y.,Ozok F.,Sen S.,Tiras E.,Wetzel J.,Yetkin T.,Yi K.,Barnett B. A.,Blumenfeld B.,Bolognesi S.,Fehling D.,Giurgiu G.,Gritsan A. V.,Guo Z. J.,Hu G.,Maksimovic P.,Rappoccio S.,Swartz M.,Whitbeck A.,Baringer P.,Bean A.,Benelli G.,Grachov O.,Kenny R. P.,Murray M.,Noonan D.,Sanders S.,Stringer R.,Tinti G.,Wood J. S.,Zhukova V.,Barfuss A. 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R.,Dominguez A.,Eads M.,Keller J.,Kravchenko I.,Lazo-Flores J.,Malbouisson H.,Malik S.,Snow G. R.,Baur U.,Godshalk A.,Iashvili I.,Jain S.,Kharchilava A.,Kumar A.,Shipkowski S. P.,Smith K.,Alverson G.,Barberis E.,Baumgartel D.,Chasco M.,Haley J.,Nash D.,Trocino D.,Wood D.,Zhang J.,Anastassov A.,Kubik A.,Mucia N.,Odell N.,Ofierzynski R. A.,Pollack B.,Pozdnyakov A.,Schmitt M.,Stoynev S.,Velasco M.,Won S.,Antonelli L.,Berry D.,Brinkerhoff A.,Hildreth M.,Jessop C.,Karmgard D. J.,Kolb J.,Lannon K.,Luo W.,Lynch S.,Marinelli N.,Morse D. M.,Pearson T.,Ruchti R.,Slaunwhite J.,Valls N.,Wayne M.,Wolf M.,Bylsma B.,Durkin L. S.,Hart A.,Hill C.,Hughes R.,Hughes R.,Kotov K.,Ling T. Y.,Puigh D.,Rodenburg M.,Vuosalo C.,Williams G.,Winer B. L.,Adam N.,Berry E.,Elmer P.,Gerbaudo D.,Halyo V.,Hebda P.,Hegeman J.,Hunt A.,Jindal P.,Lopes Pegna D.,Lujan P.,Marlow D.,Medvedeva T.,Mooney M.,Olsen J.,Piroué P.,Quan X.,Raval A.,Safdi B.,Saka H.,Stickland D.,Tully C.,Werner J. S.,Zuranski A.,Acosta J. G.,Brownson E.,Huang X. T.,Lopez A.,Mendez H.,Oliveros S.,Ramirez Vargas J. E.,Zatserklyaniy A.,Alagoz E.,Barnes V. E.,Benedetti D.,Bolla G.,Bortoletto D.,De Mattia M.,Everett A.,Hu Z.,Jones M.,Koybasi O.,Kress M.,Laasanen A. T.,Leonardo N.,Maroussov V.,Merkel P.,Miller D. H.,Neumeister N.,Shipsey I.,Silvers D.,Svyatkovskiy A.,Vidal Marono M.,Yoo H. D.,Zablocki J.,Zheng Y.,Guragain S.,Parashar N.,Adair A.,Boulahouache C.,Ecklund K. M.,Geurts F. J. M.,Padley B. P.,Redjimi R.,Roberts J.,Zabel J.,Betchart B.,Bodek A.,Chung Y. S.,Covarelli R.,de Barbaro P.,Demina R.,Eshaq Y.,Garcia-Bellido A.,Goldenzweig P.,Han J.,Harel A.,Miner D. C.,Vishnevskiy D.,Zielinski M.,Bhatti A.,Ciesielski R.,Demortier L.,Goulianos K.,Lungu G.,Malik S.,Mesropian C.,Arora S.,Barker A.,Chou J. P.,Contreras-Campana C.,Contreras-Campana E.,Duggan D.,Ferencek D.,Gershtein Y.,Gray R.,Halkiadakis E.,Hidas D.,Lath A.,Panwalkar S.,Park M.,Patel R.,Rekovic V.,Robles J.,Rose K.,Salur S.,Schnetzer S.,Seitz C.,Somalwar S.,Stone R.,Thomas S.,Cerizza G.,Hollingsworth M.,Spanier S.,Yang Z. C.,York A.,Eusebi R.,Flanagan W.,Gilmore J.,Kamon T.,Khotilovich V.,Montalvo R.,Osipenkov I.,Pakhotin Y.,Perloff A.,Roe J.,Safonov A.,Sakuma T.,Sengupta S.,Suarez I.,Tatarinov A.,Toback D.,Akchurin N.,Damgov J.,Dudero P. R.,Jeong C.,Kovitanggoon K.,Lee S. W.,Libeiro T.,Roh Y.,Volobouev I.,Appelt E.,Florez C.,Greene S.,Gurrola A.,Johns W.,Johnston C.,Kurt P.,Maguire C.,Melo A.,Sheldon P.,Snook B.,Tuo S.,Velkovska J.,Arenton M. W.,Balazs M.,Boutle S.,Cox B.,Francis B.,Goodell J.,Hirosky R.,Ledovskoy A.,Lin C.,Neu C.,Wood J.,Yohay R.,Gollapinni S.,Harr R.,Karchin P. E.,Kottachchi Kankanamge Don C.,Lamichhane P.,Sakharov A.,Anderson M.,Bachtis M.,Belknap D.,Borrello L.,Carlsmith D.,Cepeda M.,Dasu S.,Friis E.,Gray L.,Grogg K. S.,Grothe M.,Hall-Wilton R.,Herndon M.,Hervé A.,Klabbers P.,Klukas J.,Lanaro A.,Lazaridis C.,Leonard J.,Loveless R.,Mohapatra A.,Ojalvo I.,Palmonari F.,Pierro G. A.,Ross I.,Savin A.,Smith W. H.,Swanson J.

Abstract

Abstract A search for exclusive or semi-exclusive γγ production, pp → p(*) + γγ + p(*) (where p* stands for a diffractively-dissociated proton), and the observation of exclusive and semi-exclusive e+e production, pp → p(*) + e+e + p(*), in proton-proton collisions at $ \sqrt{s}=7 $ TeV, are presented. The analysis is based on a data sample corresponding to an integrated luminosity of 36 pb−1 recorded by the CMS experiment at the LHC at low instantaneous luminosities. Candidate γγ or e+e events are selected by requiring the presence of two photons or a positron and an electron, each with transverse energy E T> 5.5 GeV and pseudorapidity |η| < 2.5, and no other particles in the region |η| < 5.2. No exclusive or semi-exclusive diphoton candidates are found in the data. An upper limit on the cross section for the reaction pp → p(*) + γγ + p(*), within the above kinematic selections, is set at 1.18 pb at 95% confidence level. Seventeen exclusive or semi-exclusive dielectron candidates are observed, with an estimated background of 0.85 ± 0.28 (stat.) events, in agreement with the QED-based prediction of 16.3 ± 1.3 (syst.) events.

Publisher

Springer Science and Business Media LLC

Subject

Nuclear and High Energy Physics

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