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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
NSF-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. 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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  3. 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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  4. 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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  5. 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. 
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