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Title: Search for supersymmetry in final states with two oppositely charged same-flavor leptons and missing transverse momentum in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A bstract A search for phenomena beyond the standard model in final states with two oppositely charged same-flavor leptons and missing transverse momentum is presented. The search uses a data sample of proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 , collected by the CMS experiment at the LHC. Three potential signatures of physics beyond the standard model are explored: an excess of events with a lepton pair, whose invariant mass is consistent with the Z boson mass; a kinematic edge in the invariant mass distribution of the lepton pair; and the nonresonant production of two leptons. The observed event yields are consistent with those expected from standard model backgrounds. The results of the first search allow the exclusion of gluino masses up to 1870 GeV, as well as chargino (neutralino) masses up to 750 (800) GeV, while those of the searches for the other two signatures allow the exclusion of light-flavor (bottom) squark masses up to 1800 (1600) GeV and slepton masses up to 700 GeV, respectively, at 95% confidence level within certain supersymmetry scenarios.  more » « less
Award ID(s):
1913513
NSF-PAR ID:
10247922
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
4
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. A<sc>bstract</sc>

    A search is reported for heavy resonances and quantum black holes decaying into eμ, eτ, and μτ final states in proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at the CERN LHC during 2016–2018 at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb1. The eμ, eτ, and μτ invariant mass spectra are reconstructed, and no evidence is found for physics beyond the standard model. Upper limits are set at 95% confidence level on the product of the cross section and branching fraction for lepton flavor violating signals. Three benchmark signals are studied: resonant τ sneutrino production inRparity violating supersymmetric models, heavy Z′ gauge bosons with lepton flavor violating decays, and nonresonant quantum black hole production in models with extra spatial dimensions. Resonant τ sneutrinos are excluded for masses up to 4.2TeV in the eμ channel, 3.7TeV in the eτ channel, and 3.6TeV in the μτ channel. A Z′ boson with lepton flavor violating couplings is excluded up to a mass of 5.0TeV in the eμ channel, up to 4.3Te V in the eτ channel, and up to 4.1TeV in the μτ channel. Quantum black holes in the benchmark model are excluded up to the threshold mass of 5.6TeV in the eμ channel, 5.2TeV in the eτ channel, and 5.0TeV in the μτ channel. In addition, model-independent limits are extracted to allow comparisons with other models for the same final states and similar event selection requirements. The results of these searches provide the most stringent limits available from collider experiments for heavy particles that undergo lepton flavor violating decays.

     
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  2. A bstract A search for supersymmetry in events with two or three low-momentum leptons and missing transverse momentum is performed. The search uses proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected in the three-year period 2016–2018 by the CMS experiment at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of up to 137 fb − 1 . The data are found to be in agreement with expectations from standard model processes. The results are interpreted in terms of electroweakino and top squark pair production with a small mass difference between the produced supersymmetric particles and the lightest neutralino. For the electroweakino interpretation, two simplified models are used, a wino-bino model and a higgsino model. Exclusion limits at 95% confidence level are set on $$ {\overset{\sim }{\upchi}}_2^0/{\overset{\sim }{\upchi}}_1^{\pm } $$ χ ~ 2 0 / χ ~ 1 ± masses up to 275 GeV for a mass difference of 10 GeV in the wino-bino case, and up to 205(150) GeV for a mass difference of 7.5 (3) GeV in the higgsino case. The results for the higgsino are further interpreted using a phenomenological minimal supersymmetric standard model, excluding the higgsino mass parameter μ up to 180 GeV with the bino mass parameter M 1 at 800 GeV. In the top squark interpretation, exclusion limits are set at top squark masses up to 540 GeV for four-body top squark decays and up to 480 GeV for chargino-mediated decays with a mass difference of 30 GeV. 
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  3. A<sc>bstract</sc>

    A search for supersymmetry is presented in events with a single charged lepton, electron or muon, and multiple hadronic jets. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb1of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, recorded by the CMS experiment at the CERN LHC. The search targets gluino pair production, where the gluinos decay into final states with the lightest supersymmetric particle (LSP) and either a top quark-antiquark ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯) pair, or a light-flavor quark-antiquark ($$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$qq¯) pair and a virtual or on-shell W boson. The main backgrounds,$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯pair and W+jets production, are suppressed by requirements on the azimuthal angle between the momenta of the lepton and of its reconstructed parent W boson candidate, and by top quark and W boson identification based on a machine-learning technique. The number of observed events is consistent with the expectations from standard model processes. Limits are evaluated on supersymmetric particle masses in the context of two simplified models of gluino pair production. Exclusions for gluino masses reach up to 2120 (2050) GeV at 95% confidence level for a model with gluino decay to a$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯pair (a$$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$qq¯pair and a W boson) and the LSP. For the same models, limits on the mass of the LSP reach up to 1250 (1070) GeV.

     
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  4. A bstract A search for pair production of the supersymmetric partner of the top quark, the top squark, in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV is presented in final states containing at least one hadronically decaying tau lepton and large missing transverse momentum. This final state is highly sensitive to scenarios of supersymmetry in which the decay of the top squark to tau leptons is enhanced. The search uses a data sample corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 , which was recorded with the CMS detector during 2016–2018. No significant excess is observed with respect to the standard model predictions. Exclusion limits at 95% confidence level on the masses of the top squark and the lightest neutralino are presented under the assumptions of simplified models. The results probe top squark masses up to 1150 GeV for a nearly massless neutralino. This search covers a relatively less explored parameter space in the context of supersymmetry, and the exclusion limit is the most stringent to date for the model considered here. 
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  5. A bstract A search for new heavy resonances decaying to a pair of Higgs bosons (HH) in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV is presented. Data were collected with the CMS detector at the LHC in 2016–2018, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . Resonances with a mass between 0.8 and 4.5 TeV are considered using events in which one Higgs boson decays into a bottom quark pair and the other into final states with either one or two charged leptons. Specifically, the single-lepton decay channel $$ \mathrm{HH}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}{\mathrm{WW}}^{\ast}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\ell v\mathrm{q}{\overline{\mathrm{q}}}^{\prime } $$ HH → b b ¯ WW ∗ → b b ¯ ℓ v q q ¯ ′ and the dilepton decay channels $$ \mathrm{HH}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}{\mathrm{WW}}^{\ast}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\ell v\ell v $$ HH → b b ¯ WW ∗ → b b ¯ ℓ v ℓ v and $$ \mathrm{HH}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\uptau \uptau \to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\ell vv\ell vv $$ HH → b b ¯ ττ → b b ¯ ℓ vv ℓ vv are examined, where ℓ in the final state corresponds to an electron or muon. The signal is extracted using a two-dimensional maximum likelihood fit of the $$ \mathrm{H}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ H → b b ¯ jet mass and HH invariant mass distributions. No significant excess above the standard model expectation is observed in data. Model-independent exclusion limits are placed on the product of the cross section and branching fraction for narrow spin-0 and spin-2 massive bosons decaying to HH. The results are also interpreted in the context of radion and bulk graviton production in models with a warped extra spatial dimension. The results provide the most stringent limits to date for X → HH signatures with final-state leptons and at some masses provide the most sensitive limits of all X → HH searches. 
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