Observation of proton-tagged, central (semi)exclusive production of high-mass lepton pairs in pp collisions at 13 TeV with the CMS-TOTEM precision proton spectrometer

El proceso pp → pℓ⁺ℓ⁻p(*), donde ℓ⁺ℓ⁻ es un muón o un par de electrones producido a media rapidez con una masa superior a 110 GeV, se ha observado por primera vez en el LHC en colisiones pp a ≈ TeV. Uno de los dos protones dispersos se mide en el espectrómetro de protones de precisión CMS-TOTEM (CT-PPS), que operó por primera vez en 2016. El segundo protón permanece intacto o se excita y luego se disocia en un estado de baja masa p*, que no se detecta. La medición se basa en una luminosidad integrada de 9,4 fb⁻¹, obtenida durante la operación estándar de alta luminosidad del LHC. Se observan 12 pares μ⁺μ⁻ y 8 pares e⁺e⁻ con m(ℓ⁺ℓ⁻) > 110 GeV y una cinemática de protones directa coincidente, con valores de fondo esperados de 1,49 ± 0,07 (stat) ± 0,53 (sist) y 2,36 ± 0,09 (stat) ± 0,47 (sist), respectivamente. Esto corresponde a un exceso de más de cinco desviaciones estándar sobre el valor de fondo esperado. Este resultado constituye la primera observación de colisiones γγ marcadas con protones a escala electrodébil. Esta medición también demuestra que el CT-PPS funciona según las especificaciones de diseño.