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Title: Search for heavy diboson resonances in semileptonic final states in pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV with the ATLAS detector
Abstract This paper reports on a search for heavy resonances decaying into WW , ZZ or WZ using proton–proton collision data at a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s}=13$$ s = 13  TeV. The data, corresponding to an integrated luminosity of 139  $$\mathrm{fb}^{1}$$ fb 1 , were recorded with the ATLAS detector from 2015 to 2018 at the Large Hadron Collider. The search is performed for final states in which one W or Z boson decays leptonically, and the other W boson or Z boson decays hadronically. The data are found to be described well by expected backgrounds. Upper bounds on the production cross sections of heavy scalar, vector or tensor resonances are derived in the mass range 300–5000 GeV within the context of Standard Model extensions with warped extra dimensions or including a heavy vector triplet. Production through gluon–gluon fusion, Drell–Yan or vector-boson fusion are considered, depending on the assumed model.  more » « less
Award ID(s):
1806738
PAR ID:
10279417
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
80
Issue:
12
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract A search for low-mass dilepton resonances in Higgs boson decays is conducted in the four-lepton final state. The decay is assumed to proceed via a pair of beyond the standard model particles, or one such particle and a $${\mathrm{Z}}$$ Z boson. The search uses proton–proton collision data collected with the CMS detector at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , at a center-of-mass energy $$\sqrt{s} = 13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV . No significant deviation from the standard model expectation is observed. Upper limits at 95% confidence level are set on model-independent Higgs boson decay branching fractions. Additionally, limits on dark photon and axion-like particle production, based on two specific models, are reported. 
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  2. A bstract A search has been performed for heavy resonances decaying to ZZ or ZW and for axion-like particles (ALPs) mediating nonresonant ZZ or ZH production, in final states with two charged leptons ( ℓ = e , μ) produced by the decay of a Z boson, and two quarks produced by the decay of a Z, W, or Higgs boson H. The analysis is sensitive to resonances with masses in the range 450 to 2000 GeV. Two categories are defined corresponding to the merged or resolved reconstruction of the hadronically decaying boson. The search is based on data collected during 2016–2018 by the CMS experiment at the LHC in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . No significant excess is observed in the data above the standard model background expectation. Upper limits on the production cross section of heavy, narrow spin-2 and spin-1 resonances are derived as functions of the resonance mass, and exclusion limits on the production of bulk graviton particles and W′ bosons are calculated in the framework of the warped extra dimensions and heavy vector triplet models, respectively. In addition, upper limits on the ALP-mediated diboson production cross section and ALP couplings to standard model particles are obtained in the framework of linear and chiral effective field theories. These are the first limits on nonresonant ALP-mediated ZZ and ZH production obtained by the LHC experiments. 
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  3. null (Ed.)
    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. 
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  4. Abstract This paper reports a search for Higgs boson pair (hh) production in association with a vector boson ($$W\; {\text {o}r}\; Z$$ W o r Z ) using 139 fb$$^{-1}$$ - 1 of proton–proton collision data at$$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$ s = 13 TeV recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The search is performed in final states in which the vector boson decays leptonically ($$W\rightarrow \ell \nu ,\, Z\rightarrow \ell \ell ,\nu \nu $$ W ν , Z , ν ν with$$\ell =e, \mu $$ = e , μ ) and the Higgs bosons each decay into a pair ofb-quarks. It targetsVhhsignals from both non-resonanthhproduction, present in the Standard Model (SM), and resonanthhproduction, as predicted in some SM extensions. A 95% confidence-level upper limit of 183 (87) times the SM cross-section is observed (expected) for non-resonantVhhproduction when assuming the kinematics are as expected in the SM. Constraints are also placed on Higgs boson coupling modifiers. For the resonant search, upper limits on the production cross-sections are derived for two specific models: one is the production of a vector boson along with a neutral heavy scalar resonanceH, in the mass range 260–1000 GeV, that decays intohh, and the other is the production of a heavier neutral pseudoscalar resonanceAthat decays into aZboson andHboson, where theAboson mass is 360–800 GeV and theHboson mass is 260–400 GeV. Constraints are also derived in the parameter space of two-Higgs-doublet models. 
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  5. A bstract Measurements of Higgs boson production cross sections and couplings in events where the Higgs boson decays into a pair of photons are reported. Events are selected from a sample of proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the CMS detector at the LHC from 2016 to 2018, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 . Analysis categories enriched in Higgs boson events produced via gluon fusion, vector boson fusion, vector boson associated production, and production associated with top quarks are constructed. The total Higgs boson signal strength, relative to the standard model (SM) prediction, is measured to be 1 . 12±0 . 09. Other properties of the Higgs boson are measured, including SM signal strength modifiers, production cross sections, and its couplings to other particles. These include the most precise measurements of gluon fusion and vector boson fusion Higgs boson production in several different kinematic regions, the first measurement of Higgs boson production in association with a top quark pair in five regions of the Higgs boson transverse momentum, and an upper limit on the rate of Higgs boson production in association with a single top quark. All results are found to be in agreement with the SM expectations. 
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