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Title: Searches for low-mass dimuon resonances
A bstract Searches are performed for a low-mass dimuon resonance, X , produced in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 5.1 fb − 1 and collected with the LHCb detector. The X bosons can either decay promptly or displaced from the proton-proton collision, where in both cases the requirements placed on the event and the assumptions made about the production mechanisms are kept as minimal as possible. The searches for promptly decaying X bosons explore the mass range from near the dimuon threshold up to 60 GeV, with nonnegligible X widths considered above 20 GeV. The searches for displaced X → μ + μ − decays consider masses up to 3 GeV. None of the searches finds evidence for a signal and 90% confidence-level exclusion limits are placed on the X → μ + μ − cross sections, each with minimal model dependence. In addition, these results are used to place world-leading constraints on GeV-scale bosons in the two-Higgs-doublet and hidden-valley scenarios.  more » « less
Award ID(s):
1912836
PAR ID:
10230433
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. A bstract Searches are conducted for new spin-0 or spin-1 bosons using events where a Higgs boson with mass 125 GeV decays into four leptons ( ℓ = e , μ ). This decay is presumed to occur via an intermediate state which contains two on-shell, promptly decaying bosons: H → XX/ZX → 4 ℓ , where the new boson X has a mass between 1 and 60 GeV. The search uses pp collision data collected with the ATLAS detector at the LHC with an integrated luminosity of 139 fb − 1 at a centre-of-mass energy $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data are found to be consistent with Standard Model expectations. Limits are set on fiducial cross sections and on the branching ratio of the Higgs boson to decay into XX/ZX , improving those from previous publications by a factor between two and four. Limits are also set on mixing parameters relevant in extensions of the Standard Model containing a dark sector where X is interpreted to be a dark boson. 
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  4. Abstract A search for light long-lived particles (LLPs) decaying to displaced jets is presented, using a data sample of proton–proton collisions at a center-of-mass energy of 13.6 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 34.7 fb−1, collected with the CMS detector at the CERN LHC in 2022. Novel trigger, reconstruction, and machine-learning techniques were developed for and employed in this search. After all selections, the observations are consistent with the background predictions. Limits are presented on the branching fraction of the Higgs boson to LLPs that subsequently decay to quark pairs or tau lepton pairs. An improvement by up to a factor of 10 is achieved over previous limits for models with LLP masses smaller than 60 GeV and proper decay lengths smaller than 1 m. The first constraints are placed on the fraternal twin Higgs (FTH) and folded supersymmetry (FSUSY) models, where the lower bounds on the top quark partner mass reach up to 350 GeV for the FTH model and 250 GeV for the FSUSY model. 
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  5. null (Ed.)
    A bstract Differential cross sections for the Drell-Yan process, including Z boson production, using the dimuon decay channel are measured in proton-lead (pPb) collisions at a nucleon-nucleon centre-of-mass energy of 8.16 TeV. A data sample recorded with the CMS detector at the LHC is used, corresponding to an integrated luminosity of 173 nb − 1 . The differential cross section as a function of the dimuon mass is measured in the range 15–600 GeV, for the first time in proton-nucleus collisions. It is also reported as a function of dimuon rapidity over the mass ranges 15–60 GeV and 60–120 GeV, and ratios for the p-going over the Pb-going beam directions are built. In both mass ranges, the differential cross sections as functions of the dimuon transverse momentum p T and of a geometric variable ϕ * are measured, where ϕ * highly correlates with p T but is determined with higher precision. In the Z mass region, the rapidity dependence of the data indicate a modification of the distribution of partons within a lead nucleus as compared to the proton case. The data are more precise than predictions based upon current models of parton distributions. 
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