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Title: Search for a heavy resonance decaying to a top quark and a W boson at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV in the fully hadronic final state
A bstract A search for a heavy resonance decaying to a top quark and a W boson in the fully hadronic final state is presented. The analysis is performed using data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 recorded by the CMS experiment at the LHC. The search is focused on heavy resonances, where the decay products of each top quark or W boson are expected to be reconstructed as a single, large-radius jet with a distinct substructure. The production of an excited bottom quark, b * , is used as a benchmark when setting limits on the cross section for a heavy resonance decaying to a top quark and a W boson. The hypotheses of b * quarks with left-handed, right-handed, and vector-like chiralities are excluded at 95% confidence level for masses below 2.6, 2.8, and 3.1 TeV, respectively. These are the most stringent limits on the b * quark mass to date, extending the previous best limits by almost a factor of two.  more » « less
Award ID(s):
2012584 1913356 1913779
PAR ID:
10328282
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
12
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract A search for a heavy resonance decaying into a top quark and a W boson in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV is presented. The data analyzed were recorded with the CMS detector at the LHC and correspond to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . The top quark is reconstructed as a single jet and the W boson, from its decay into an electron or muon and the corresponding neutrino. A top quark tagging technique based on jet clustering with a variable distance parameter and simultaneous jet grooming is used to identify jets from the collimated top quark decay. The results are interpreted in the context of two benchmark models, where the heavy resonance is either an excited bottom quark b ∗ or a vector-like quark B. A statistical combination with an earlier search by the CMS Collaboration in the all-hadronic final state is performed to place upper cross section limits on these two models. The new analysis extends the lower range of resonance mass probed from 1.4 down to 0.7 TeV. For left-handed, right-handed, and vector-like couplings, b ∗ masses up to 3.0, 3.0, and 3.2 TeV are excluded at 95% confidence level, respectively. The observed upper limits represent the most stringent constraints on the b ∗ model to date. 
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  3. A<sc>bstract</sc> A search for a new massive charged gauge boson,W′, is performed with the ATLAS detector at the LHC. The dataset used in this analysis was collected from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, and corresponds to an integrated luminosity of 139 fb−1. The reconstructedtbinvariant mass is used to search for aW′ boson decaying into a top quark and a bottom quark. The result is interpreted in terms of aW′ boson with purely right-handed or left-handed chirality in a mass range of 0.5–6 TeV. Different values for the coupling of theW′ boson to the top and bottom quarks are considered, taking into account interference with single-top-quark production in thes-channel. No significant deviation from the background prediction is observed. The results are expressed as upper limits on theW′ →tbproduction cross-section times branching ratio as a function of theW′-boson mass and in the plane of the coupling vs theW′-boson mass. 
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    A bstract In this paper, a new technique for reconstructing and identifying hadronically decaying τ + τ − pairs with a large Lorentz boost, referred to as the di- τ tagger, is developed and used for the first time in the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. A benchmark di- τ tagging selection is employed in the search for resonant Higgs boson pair production, where one Higgs boson decays into a boosted $$ b\overline{b} $$ b b ¯ pair and the other into a boosted τ + τ − pair, with two hadronically decaying τ -leptons in the final state. Using 139 fb − 1 of proton-proton collision data recorded at a centre-of-mass energy of 13 TeV, the efficiency of the di- τ tagger is determined and the background with quark- or gluon-initiated jets misidentified as di- τ objects is estimated. The search for a heavy, narrow, scalar resonance produced via gluon-gluon fusion and decaying into two Higgs bosons is carried out in the mass range 1–3 TeV using the same dataset. No deviations from the Standard Model predictions are observed, and 95% confidence-level exclusion limits are set on this model. 
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