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Title: Search for type-III seesaw heavy leptons in dilepton final states in pp collisions at $$ \sqrt{s} = 13\,{\text {TeV}} $$ with the ATLAS detector
Abstract A search for the pair production of heavy leptons as predicted by the type-III seesaw mechanism is presented. The search uses proton–proton collision data at a centre-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to $$ 139\,{\text {fb}}^{-1} $$ 139 fb - 1 of integrated luminosity recorded by the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider. The analysis focuses on the final state with two light leptons (electrons or muons) of different flavour and charge combinations, with at least two jets and large missing transverse momentum. No significant excess over the Standard Model expectation is observed. The results are translated into exclusion limits on heavy-lepton masses, and the observed lower limit on the mass of the type-III seesaw heavy leptons is 790 GeV at 95% confidence level.  more » « less
Award ID(s):
1812377
NSF-PAR ID:
10227224
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
81
Issue:
3
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. null (Ed.)
    A bstract In this paper, a new technique for reconstructing and identifying hadronically decaying τ + τ − pairs with a large Lorentz boost, referred to as the di- τ tagger, is developed and used for the first time in the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. A benchmark di- τ tagging selection is employed in the search for resonant Higgs boson pair production, where one Higgs boson decays into a boosted $$ b\overline{b} $$ b b ¯ pair and the other into a boosted τ + τ − pair, with two hadronically decaying τ -leptons in the final state. Using 139 fb − 1 of proton-proton collision data recorded at a centre-of-mass energy of 13 TeV, the efficiency of the di- τ tagger is determined and the background with quark- or gluon-initiated jets misidentified as di- τ objects is estimated. The search for a heavy, narrow, scalar resonance produced via gluon-gluon fusion and decaying into two Higgs bosons is carried out in the mass range 1–3 TeV using the same dataset. No deviations from the Standard Model predictions are observed, and 95% confidence-level exclusion limits are set on this model. 
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  2. A bstract A search for heavy Higgs bosons produced in association with a vector boson and decaying into a pair of vector bosons is performed in final states with two leptons (electrons or muons) of the same electric charge, missing transverse momentum and jets. A data sample of proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider between 2015 and 2018 is used. The data correspond to a total integrated luminosity of 139 fb − 1 . The observed data are in agreement with Standard Model background expectations. The results are interpreted using higher-dimensional operators in an effective field theory. Upper limits on the production cross-section are calculated at 95% confidence level as a function of the heavy Higgs boson’s mass and coupling strengths to vector bosons. Limits are set in the Higgs boson mass range from 300 to 1500 GeV, and depend on the assumed couplings. The highest excluded mass for a heavy Higgs boson with the coupling combinations explored is 900 GeV. Limits on coupling strengths are also provided. 
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  4. A bstract A search for Higgs boson pair production in events with two b -jets and two τ -leptons is presented, using a proton–proton collision dataset with an integrated luminosity of 139 fb − 1 collected at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the ATLAS experiment at the LHC. Higgs boson pairs produced non-resonantly or in the decay of a narrow scalar resonance in the mass range from 251 to 1600 GeV are targeted. Events in which at least one τ -lepton decays hadronically are considered, and multivariate discriminants are used to reject the backgrounds. No significant excess of events above the expected background is observed in the non-resonant search. The largest excess in the resonant search is observed at a resonance mass of 1 TeV, with a local (global) significance of 3 . 1 σ (2 . 0 σ ). Observed (expected) 95% confidence-level upper limits are set on the non-resonant Higgs boson pair-production cross-section at 4.7 (3.9) times the Standard Model prediction, assuming Standard Model kinematics, and on the resonant Higgs boson pair-production cross-section at between 21 and 900 fb (12 and 840 fb), depending on the mass of the narrow scalar resonance. 
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