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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.
Authors:
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Award ID(s):
1913513
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10247922
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
4
ISSN:
1029-8479
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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 aremore »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.« less
  2. A bstract The results of a search for new phenomena in final states with b -jets and missing transverse momentum using 139 fb − 1 of proton-proton data collected at a centre-of-mass energy $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the ATLAS detector at the LHC are reported. The analysis targets final states produced by the decay of a pair-produced supersymmetric bottom squark into a bottom quark and a stable neutralino. The analysis also seeks evidence for models of pair production of dark matter particles produced through the decay of a generic scalar or pseudoscalar mediator state in associationmore »with a pair of bottom quarks, and models of pair production of scalar third-generation down-type leptoquarks. No significant excess of events over the Standard Model background expectation is observed in any of the signal regions considered by the analysis. Bottom squark masses below 1270 GeV are excluded at 95% confidence level if the neutralino is massless. In the case of nearly mass-degenerate bottom squarks and neutralinos, the use of dedicated secondary-vertex identification techniques permits the exclusion of bottom squarks with masses up to 660 GeV for mass splittings between the squark and the neutralino of 10 GeV. These limits extend substantially beyond the regions of parameter space excluded by similar ATLAS searches performed previously.« less
  3. Abstract The production of Z boson pairs in proton–proton ( $${\mathrm{p}} {\mathrm{p}} $$ p p ) collisions, $${{\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow ({\mathrm{Z}}/\gamma ^*)({\mathrm{Z}}/\gamma ^*) \rightarrow 2\ell 2\ell '}$$ p p → ( Z / γ ∗ ) ( Z / γ ∗ ) → 2 ℓ 2 ℓ ′ , where $${\ell ,\ell ' = {\mathrm{e}}}$$ ℓ , ℓ ′ = e or $${{\upmu }}$$ μ , is studied at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {TeV}$$ TeV with the CMS detector at the CERN LHC. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1more », collected during 2016–2018. The $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z production cross section, $$\sigma _{\text {tot}} ({\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} ) = 17.4 \pm 0.3 \,\text {(stat)} \pm 0.5 \,\text {(syst)} \pm 0.4 \,\text {(theo)} \pm 0.3 \,\text {(lumi)} \text { pb} $$ σ tot ( p p → Z Z ) = 17.4 ± 0.3 (stat) ± 0.5 (syst) ± 0.4 (theo) ± 0.3 (lumi) pb , measured for events with two pairs of opposite-sign, same-flavor leptons produced in the mass region $${60< m_{\ell ^+\ell ^-} < 120\,\text {GeV}}$$ 60 < m ℓ + ℓ - < 120 GeV is consistent with standard model predictions. Differential cross sections are also measured and agree with theoretical predictions. The invariant mass distribution of the four-lepton system is used to set limits on anomalous $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z Z and $${{\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} \gamma }$$ Z Z γ couplings.« less
  4. Abstract A search for chargino–neutralino pair production in three-lepton final states with missing transverse momentum is presented. The study is based on a dataset of $$\sqrt{s} = 13$$ s = 13  TeV pp collisions recorded with the ATLAS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 139  $$\hbox {fb}^{-1}$$ fb - 1 . No significant excess relative to the Standard Model predictions is found in data. The results are interpreted in simplified models of supersymmetry, and statistically combined with results from a previous ATLAS search for compressed spectra in two-lepton final states. Various scenarios for the production andmore »decay of charginos ( $${\tilde{\chi }}^\pm _1$$ χ ~ 1 ± ) and neutralinos ( $${\tilde{\chi }}^0_2$$ χ ~ 2 0 ) are considered. For pure higgsino $${\tilde{\chi }}^\pm _1{\tilde{\chi }}^0_2$$ χ ~ 1 ± χ ~ 2 0 pair-production scenarios, exclusion limits at 95% confidence level are set on $${\tilde{\chi }}^0_2$$ χ ~ 2 0 masses up to 210 GeV. Limits are also set for pure wino $${\tilde{\chi }}^\pm _1{\tilde{\chi }}^0_2$$ χ ~ 1 ± χ ~ 2 0 pair production, on $${\tilde{\chi }}^0_2$$ χ ~ 2 0 masses up to 640 GeV for decays via on-shell W and Z bosons, up to 300 GeV for decays via off-shell W and Z bosons, and up to 190 GeV for decays via W and Standard Model Higgs bosons.« less
  5. A bstract A search for a light pseudoscalar Higgs boson (a) decaying from the 125 GeV (or a heavier) scalar Higgs boson (H) is performed using the 2016 LHC proton-proton collision data at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 35 . 9 fb − 1 , collected by the CMS experiment. The analysis considers gluon fusion and vector boson fusion production of the H, followed by the decay H → aa → μμττ , and considers pseudoscalar masses in the range 3 . 6 < m a < 21 GeV. Because of themore »large mass difference between the H and the a bosons and the small masses of the a boson decay products, both the μμ and the ττ pairs have high Lorentz boost and are collimated. The ττ reconstruction efficiency is increased by modifying the standard technique for hadronic τ lepton decay reconstruction to account for a nearby muon. No significant signal is observed. Model-independent limits are set at 95% confidence level, as a function of m a , on the branching fraction (ℬ) for H → aa → μμττ , down to 1 . 5 (2 . 0) × 10 − 4 for m H = 125 (300) GeV. Model-dependent limits on ℬ(H → aa) are set within the context of two Higgs doublets plus singlet models, with the most stringent results obtained for Type-III models. These results extend current LHC searches for heavier a bosons that decay to resolved lepton pairs and provide the first such bounds for an H boson with a mass above 125 GeV.« less