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Title: Search for $$ t\overline{t} $$ resonances in fully hadronic final states in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
A bstract This paper presents a search for new heavy particles decaying into a pair of top quarks using 139 fb − 1 of proton-proton collision data recorded at a centre-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The search is performed using events consistent with pair production of high-transverse-momentum top quarks and their subsequent decays into the fully hadronic final states. The analysis is optimized for resonances decaying into a $$ t\overline{t} $$ t t ¯ pair with mass above 1.4 TeV, exploiting a dedicated multivariate technique with jet substructure to identify hadronically decaying top quarks using large-radius jets and evaluating the background expectation from data. No significant deviation from the background prediction is observed. Limits are set on the production cross-section times branching fraction for the new Z ′ boson in a topcolor-assisted-technicolor model. The Z ′ boson masses below 3.9 and 4.7 TeV are excluded at 95% confidence level for the decay widths of 1% and 3%, respectively.  more » « less
Award ID(s):
1812377
PAR ID:
10227264
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2020
Issue:
10
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. null (Ed.)
    Abstract This paper presents a search for direct top squark pair production in events with missing transverse momentum plus either a pair of jets consistent with Standard Model Higgs boson decay into b -quarks or a same-flavour opposite-sign dilepton pair with an invariant mass consistent with a Z boson. The analysis is performed using the proton–proton collision data at $$\sqrt{s}=13$$ s = 13 TeV collected with the ATLAS detector during the LHC Run-2, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb $$^{-1}$$ - 1 . No excess is observed in the data above the Standard Model predictions. The results are interpreted in simplified models featuring direct production of pairs of either the lighter top squark ( $$\tilde{t}_1$$ t ~ 1 ) or the heavier top squark ( $$\tilde{t}_2$$ t ~ 2 ), excluding at 95% confidence level $$\tilde{t}_1$$ t ~ 1 and $$\tilde{t}_2$$ t ~ 2 masses up to about 1220 and 875 GeV, respectively. 
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  2. A bstract A search for the electroweak production of a vector-like quark T′, decaying to a top quark and a Higgs boson is presented. The search is based on a sample of proton-proton collision events recorded at the LHC at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . This is the first T′ search that exploits the Higgs boson decay to a pair of photons. For narrow isospin singlet T′ states with masses up to 1.1 TeV, the excellent diphoton invariant mass resolution of 1–2% results in an increased sensitivity compared to previous searches based on the same production mechanism. The electroweak production of a T′ quark with mass up to 960 GeV is excluded at 95% confidence level, assuming a coupling strength κ T = 0 . 25 and a relative decay width Γ /M T′ < 5%. 
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  3. null (Ed.)
    A bstract A search for nonresonant production of Higgs boson pairs via gluon-gluon and vector boson fusion processes in final states with two bottom quarks and two photons is presented. The search uses data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 . No significant deviation from the background-only hypothesis is observed. An upper limit at 95% confidence level is set on the product of the Higgs boson pair production cross section and branching fraction into $$ \gamma \gamma \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ γγ b b ¯ . The observed (expected) upper limit is determined to be 0.67 (0 . 45) fb, which corresponds to 7.7 (5.2) times the standard model prediction. This search has the highest sensitivity to Higgs boson pair production to date. Assuming all other Higgs boson couplings are equal to their values in the standard model, the observed coupling modifiers of the trilinear Higgs boson self-coupling κ λ and the coupling between a pair of Higgs bosons and a pair of vector bosons c 2V are constrained within the ranges − 3 . 3 < κ λ < 8 . 5 and − 1 . 3 < c 2V < 3 . 5 at 95% confidence level. Constraints on κ λ are also set by combining this analysis with a search for single Higgs bosons decaying to two photons, produced in association with top quark-antiquark pairs, and by performing a simultaneous fit of κ λ and the top quark Yukawa coupling modifier κ t . 
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  4. A<sc>bstract</sc> A search for a new massive charged gauge boson,W′, is performed with the ATLAS detector at the LHC. The dataset used in this analysis was collected from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, and corresponds to an integrated luminosity of 139 fb−1. The reconstructedtbinvariant mass is used to search for aW′ boson decaying into a top quark and a bottom quark. The result is interpreted in terms of aW′ boson with purely right-handed or left-handed chirality in a mass range of 0.5–6 TeV. Different values for the coupling of theW′ boson to the top and bottom quarks are considered, taking into account interference with single-top-quark production in thes-channel. No significant deviation from the background prediction is observed. The results are expressed as upper limits on theW′ →tbproduction cross-section times branching ratio as a function of theW′-boson mass and in the plane of the coupling vs theW′-boson mass. 
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  5. A search for the Higgs boson decaying into a pair of charm quarks is presented. The analysis uses proton– proton collisions to target the production of a Higgs boson in association with a leptonically decaying W or Z boson. The dataset delivered by the LHC at a centre-of-mass energy of √ s = 13 TeV and recorded by the ATLAS detector corresponds to an integrated luminosity of 139 fb−1. Flavourtagging algorithms are used to identify jets originating from the hadronisation of charm quarks. The analysis method is validated with the simultaneous measurement of WW,WZ and ZZ production, with observed (expected) significances of 2.6 (2.2) standard deviations above the background-only prediction for the (W/Z)Z(→ c ¯ c) process and 3.8 (4.6) standard deviations for the (W/Z)W(→ cq) process. The (W/Z)H(→ c ¯ c) search yields an observed (expected) upper limit of 26 (31) times the predicted Standard Model crosssection times branching fraction for a Higgs boson with a mass of 125 GeV, corresponding to an observed (expected) constraint on the charm Yukawa coupling modifier |κc| < 8.5 (12.4), at the 95% confidence level. A combination with theATLAS(W/Z)H, H → b¯b analysis is performed, allowing the ratio κc/κb to be constrained to less than 4.5 at the 95% confidence level, smaller than the ratio of the b- and c-quark masses, and therefore determines the Higgs-charm coupling to be weaker than the Higgs-bottom coupling at the 95% confidence level. 
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