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Title: Search for exotic decays of the Higgs boson into b$$ \overline{b} $$ and missing transverse momentum in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
A bstract A search for the exotic decay of the Higgs boson ( H ) into a b $$ \overline{b} $$ b ¯ resonance plus missing transverse momentum is described. The search is performed with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider using 139 fb − 1 of pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The search targets events from ZH production in an NMSSM scenario where H → $$ {\overset{\sim }{\chi}}_2^0{\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 2 0 χ ~ 1 0 , with $$ {\overset{\sim }{\chi}}_2^0 $$ χ ~ 2 0 → $$ a{\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ a χ ~ 1 0 , where a is a light pseudoscalar Higgs boson and $$ {\overset{\sim }{\chi}}_{1,2}^0 $$ χ ~ 1 , 2 0 are the two lightest neutralinos. The decay of the a boson into a pair of b -quarks results in a peak in the dijet invariant mass distribution. The final-state signature consists of two leptons, two or more jets, at least one of which is identified as originating from a b -quark, and missing transverse momentum. Observations are consistent with Standard Model expectations and upper limits are set on the product of cross section times branching ratio for a three-dimensional scan of the masses of the $$ {\overset{\sim }{\chi}}_2^0 $$ χ ~ 2 0 , $$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 and a boson.  more » « less
Award ID(s):
2111046
PAR ID:
10321961
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
1
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract Results are presented from a search for physics beyond the standard model in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV in channels with two Higgs bosons, each decaying via the process H → b $$ \overline{\mathrm{b}} $$ b ¯ , and large missing transverse momentum. The search uses a data sample corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 collected by the CMS experiment at the CERN LHC. The search is motivated by models of supersymmetry that predict the production of neutralinos, the neutral partners of the electroweak gauge and Higgs bosons. The observed event yields in the signal regions are found to be consistent with the standard model background expectations. The results are interpreted using simplified models of supersymmetry. For the electroweak production of nearly mass-degenerate higgsinos, each of whose decay chains yields a neutralino $$ \left({\overset{\sim }{\upchi}}_1^0\right) $$ χ ~ 1 0 that in turn decays to a massless goldstino and a Higgs boson, $$ \left({\overset{\sim }{\upchi}}_1^0\right) $$ χ ~ 1 0 masses in the range 175 to 1025 GeV are excluded at 95% confidence level. For the strong production of gluino pairs decaying via a slightly lighter $$ \left({\overset{\sim }{\upchi}}_2^0\right) $$ χ ~ 2 0 to H and a light $$ \left({\overset{\sim }{\upchi}}_1^0\right) $$ χ ~ 1 0 , gluino masses below 2330 GeV are excluded. 
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  2. A bstract A search for the pair production of the lightest supersymmetric partner of the top quark, the top squark ( $$ {\overset{\sim }{\textrm{t}}}_1 $$ t ~ 1 ), is presented. The search targets the four-body decay of the $$ {\overset{\sim }{\textrm{t}}}_1 $$ t ~ 1 , which is preferred when the mass difference between the top squark and the lightest supersymmetric particle is smaller than the mass of the W boson. This decay mode consists of a bottom quark, two other fermions, and the lightest neutralino ( $$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 ), which is assumed to be the lightest supersymmetric particle. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb − 1 of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV collected by the CMS experiment at the CERN LHC. Events are selected using the presence of a high-momentum jet, an electron or muon with low transverse momentum, and a significant missing transverse momentum. The signal is selected based on a multivariate approach that is optimized for the difference between m ( $$ {\overset{\sim }{\textrm{t}}}_1 $$ t ~ 1 ) and m ( $$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 ). The contribution from leading background processes is estimated from data. No significant excess is observed above the expectation from standard model processes. The results of this search exclude top squarks at 95% confidence level for masses up to 480 and 700 GeV for m ( $$ {\overset{\sim }{\textrm{t}}}_1 $$ t ~ 1 ) − m ( $$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 ) = 10 and 80 GeV, respectively. 
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  3. 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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  4. A<sc>bstract</sc> This paper presents a search for top-squark pair production in final states with a top quark, a charm quark and missing transverse momentum. The data were collected with the ATLAS detector during LHC Run 2 and correspond to an integrated luminosity of 139 fb−1of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The analysis is motivated by an extended Minimal Supersymmetric Standard Model featuring a non-minimal flavour violation in the second- and third-generation squark sector. The top squark in this model has two possible decay modes, either$$ {\tilde{t}}_1\to c{\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ t ~ 1 c χ ~ 1 0 or$$ {\tilde{t}}_1\to t{\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ t ~ 1 t χ ~ 1 0 , where the$$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 is undetected. The analysis is optimised assuming that both of the decay modes are equally probable, leading to the most likely final state of$$ tc+{E}_T^{\textrm{miss}} $$ tc + E T miss . Good agreement is found between the Standard Model expectation and the data in the search regions. Exclusion limits at 95% CL are obtained in the$$ m\left({\tilde{t}}_1\right) $$ m t ~ 1 vs.$$ m\left({\overset{\sim }{\chi}}_1^0\right) $$ m χ ~ 1 0 plane and, in addition, limits on the branching ratio of the$$ {\tilde{t}}_1\to t{\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ t ~ 1 t χ ~ 1 0 decay as a function ofm($$ {\tilde{t}}_1 $$ t ~ 1 ) are also produced. Top-squark masses of up to 800 GeV are excluded for scenarios with light neutralinos, and top-squark masses up to 600 GeV are excluded in scenarios where the neutralino and the top squark are almost mass degenerate. 
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  5. 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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