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Title: Search for chargino–neutralino pair production in final states with three leptons and missing transverse momentum in $$\sqrt{s} = 13$$ TeV pp collisions with the ATLAS detector
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 and 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.  more » « less
Award ID(s):
2111046 1806738
NSF-PAR ID:
10318266
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
81
Issue:
12
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. null (Ed.)
    Abstract The results of a search for electroweakino pair production $$pp \rightarrow \tilde{\chi }^\pm _1 \tilde{\chi }^0_2$$ p p → χ ~ 1 ± χ ~ 2 0 in which the chargino ( $$\tilde{\chi }^\pm _1$$ χ ~ 1 ± ) decays into a W boson and the lightest neutralino ( $$\tilde{\chi }^0_1$$ χ ~ 1 0 ), while the heavier neutralino ( $$\tilde{\chi }^0_2$$ χ ~ 2 0 ) decays into the Standard Model 125 GeV Higgs boson and a second $$\tilde{\chi }^0_1$$ χ ~ 1 0 are presented. The signal selection requires a pair of b -tagged jets consistent with those from a Higgs boson decay, and either an electron or a muon from the W boson decay, together with missing transverse momentum from the corresponding neutrino and the stable neutralinos. The analysis is based on data corresponding to 139  $$\mathrm {fb}^{-1}$$ fb - 1 of $$\sqrt{s}=13$$ s = 13 TeV pp collisions provided by the Large Hadron Collider and recorded by the ATLAS detector. No statistically significant evidence of an excess of events above the Standard Model expectation is found. Limits are set on the direct production of the electroweakinos in simplified models, assuming pure wino cross-sections. Masses of $$\tilde{\chi }^{\pm }_{1}/\tilde{\chi }^{0}_{2}$$ χ ~ 1 ± / χ ~ 2 0 up to 740 GeV are excluded at 95% confidence level for a massless $$\tilde{\chi }^{0}_{1}$$ χ ~ 1 0 . 
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  2. null (Ed.)
    Abstract A search for direct pair production of scalar partners of the top quark (top squarks or scalar third-generation up-type leptoquarks) in the all-hadronic $$t{\bar{t}}$$ t t ¯ plus missing transverse momentum final state is presented. The analysis of 139  $$\hbox {fb}^{-1}$$ fb - 1 of $${\sqrt{s}=13}$$ s = 13  TeV proton–proton collision data collected using the ATLAS detector at the LHC yields no significant excess over the Standard Model background expectation. To interpret the results, a supersymmetric model is used where the top squark decays via $${\tilde{t}} \rightarrow t^{(*)} {\tilde{\chi }}^0_1$$ t ~ → t ( ∗ ) χ ~ 1 0 , with $$t^{(*)}$$ t ( ∗ ) denoting an on-shell (off-shell) top quark and $${\tilde{\chi }}^0_1$$ χ ~ 1 0 the lightest neutralino. Three specific event selections are optimised for the following scenarios. In the scenario where $$m_{{\tilde{t}}}> m_t+m_{{\tilde{\chi }}^0_1}$$ m t ~ > m t + m χ ~ 1 0 , top squark masses are excluded in the range 400–1250 GeV for $${\tilde{\chi }}^0_1$$ χ ~ 1 0 masses below 200 GeV at 95% confidence level. In the situation where $$m_{{\tilde{t}}}\sim m_t+m_{{\tilde{\chi }}^0_1}$$ m t ~ ∼ m t + m χ ~ 1 0 , top squark masses in the range 300–630 GeV are excluded, while in the case where $$m_{{\tilde{t}}}< m_W+m_b+m_{{\tilde{\chi }}^0_1}$$ m t ~ < m W + m b + m χ ~ 1 0 (with $$m_{{\tilde{t}}}-m_{{\tilde{\chi }}^0_1}\ge 5$$ m t ~ - m χ ~ 1 0 ≥ 5  GeV), considered for the first time in an ATLAS all-hadronic search, top squark masses in the range 300–660 GeV are excluded. Limits are also set for scalar third-generation up-type leptoquarks, excluding leptoquarks with masses below 1240 GeV when considering only leptoquark decays into a top quark and a neutrino. 
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  3. null (Ed.)
    A bstract A search for a chargino-neutralino pair decaying via the 125 GeV Higgs boson into photons is presented. The study is based on the data collected between 2015 and 2018 with the ATLAS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb − 1 of pp collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. No significant excess over the expected background is observed. Upper limits at 95% confidence level for a massless $$ {\tilde{\chi}}_1^0 $$ χ ˜ 1 0 are set on several electroweakino production cross-sections and the visible cross-section for beyond the Standard Model processes. In the context of simplified supersymmetric models, 95% confidence-level limits of up to 310 GeV in $$ m\left({\tilde{\chi}}_1^{\pm }/{\tilde{\chi}}_2^0\right) $$ m χ ˜ 1 ± / χ ˜ 2 0 , where $$ m\left({\tilde{\chi}}_1^0\right) $$ m χ ˜ 1 0 = 0 . 5 GeV, are set. Limits at 95% confidence level are also set on the $$ {\tilde{\chi}}_1^{\pm }{\tilde{\chi}}_2^0 $$ χ ˜ 1 ± χ ˜ 2 0 cross-section in the mass plane of $$ m\left({\tilde{\chi}}_1^{\pm }/{\tilde{\chi}}_2^0\right) $$ m χ ˜ 1 ± / χ ˜ 2 0 and $$ m\left({\tilde{\chi}}_1^0\right) $$ m χ ˜ 1 0 , and on scenarios with gravitino as the lightest supersymmetric particle. Upper limits at the 95% confidence-level are set on the higgsino production cross-section. Higgsino masses below 380 GeV are excluded for the case of the higgsino fully decaying into a Higgs boson and a gravitino. 
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  4. Abstract

    This paper presents a search for dark matter,$$\chi $$χ, using events with a single top quark and an energeticWboson. The analysis is based on proton–proton collision data collected with the ATLAS experiment at$$\sqrt{s}=$$s=13 TeV during LHC Run 2 (2015–2018), corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$$^{-1}$$-1. The search considers final states with zero or one charged lepton (electron or muon), at least oneb-jet and large missing transverse momentum. In addition, a result from a previous search considering two-charged-lepton final states is included in the interpretation of the results. The data are found to be in good agreement with the Standard Model predictions and the results are interpreted in terms of 95% confidence-level exclusion limits in the context of a class of dark matter models involving an extended two-Higgs-doublet sector together with a pseudoscalar mediator particle. The search is particularly sensitive to on-shell production of the charged Higgs boson state,$$H^{\pm }$$H±, arising from the two-Higgs-doublet mixing, and its semi-invisible decays via the mediator particle,a:$$H^{\pm } \rightarrow W^\pm a (\rightarrow \chi \chi )$$H±W±a(χχ). Signal models with$$H^{\pm }$$H±masses up to 1.5 TeV andamasses up to 350 GeV are excluded assuming a$$\tan \beta $$tanβvalue of 1. For masses ofaof 150 (250) GeV,$$\tan \beta $$tanβvalues up to 2 are excluded for$$H^{\pm }$$H±masses between 200 (400) GeV and 1.5 TeV. Signals with$$\tan \beta $$tanβvalues between 20 and 30 are excluded for$$H^{\pm }$$H±masses between 500 and 800 GeV.

     
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  5. null (Ed.)
    Abstract The results of a search for gluino and squark pair production with the pairs decaying via the lightest charginos into a final state consisting of two W bosons, the lightest neutralinos ( $$\tilde{\chi }^0_1$$ χ ~ 1 0 ), and quarks, are presented: the signal is characterised by the presence of a single charged lepton ( $$e^{\pm }$$ e ± or $$\mu ^{\pm }$$ μ ± ) from a W boson decay, jets, and missing transverse momentum. The analysis is performed using 139 fb $$^{-1}$$ - 1 of proton–proton collision data taken at a centre-of-mass energy $$\sqrt{s}=13$$ s = 13   delivered by the Large Hadron Collider and recorded by the ATLAS experiment. No statistically significant excess of events above the Standard Model expectation is found. Limits are set on the direct production of squarks and gluinos in simplified models. Masses of gluino (squark) up to 2.2  (1.4 ) are excluded at 95% confidence level for a light $$\tilde{\chi }^0_1$$ χ ~ 1 0 . 
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