Search for high-mass exclusive diphoton production with tagged protons in proton-proton collisions at √𝑠 =13  TeV

Se presenta una búsqueda de la producción exclusiva de difotones de alta masa mediante la fusión fotón-fotón en colisiones protón-protón a √𝑠 = 13 TeV en eventos donde ambos protones sobreviven a la interacción. El análisis utiliza datos correspondientes a una luminosidad integrada de 103 fb⁻¹ recopilados entre 2016 y 2018 con el detector central CMS y el espectrómetro de protones de precisión (PPS) CMS y TOTEM. Se seleccionaron eventos que tienen dos fotones con altos momentos transversales (𝑝^𝛾_T > 100 GeV), consecutivos en azimut y con una gran masa invariante de difotón (𝑚_𝛾⁢𝛾 > 350 GeV). Para eliminar los fondos difotónicos inclusivos dominantes, se requiere que las propiedades cinemáticas de los protones detectados en PPS coincidan con las del sistema difotónico central. Solo se consideran los eventos con protones delanteros del lado opuesto detectados con una pérdida de momento fraccional entre 0,035 y 0,15 (0,18) para los detectores en el lado negativo (positivo) del CMS. Se observa un candidato exclusivo a difotón para un fondo esperado de 1,1 eventos. Se derivan límites con un nivel de confianza del 95 % para los parámetros de acoplamiento anómalo de cuatro fotones |𝜁₁| <0,073  TeV⁻⁴ y |𝜁₂| <0,15  TeV⁻⁴, utilizando una teoría de campo efectiva. Además, se establecen límites superiores para la producción de partículas similares a axiones con una fuerza de acoplamiento a los fotones 𝑓⁻¹ que varía de 0,03 TeV⁻¹ a 1 TeV⁻¹ en el rango de masas de 500 a 2000 GeV.