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This content will become publicly available on April 1, 2023

Title: Search for a heavy resonance decaying into a top quark and a W boson in the lepton+jets final state at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
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 more » 95% confidence level, respectively. The observed upper limits represent the most stringent constraints on the b ∗ model to date. « less
Authors:
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Award ID(s):
2012584
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10328326
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
4
ISSN:
1029-8479
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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 *more », 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.« less
  2. A bstract A search for nonresonant production of Higgs boson pairs via gluon-gluon and vector boson fusion processes in final states with two bottom quarks and two photons is presented. The search uses data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 . No significant deviation from the background-only hypothesis is observed. An upper limit at 95% confidence level is set on the product of the Higgs boson pair production cross section and branching fractionmore »into $$ \gamma \gamma \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ γγ b b ¯ . The observed (expected) upper limit is determined to be 0.67 (0 . 45) fb, which corresponds to 7.7 (5.2) times the standard model prediction. This search has the highest sensitivity to Higgs boson pair production to date. Assuming all other Higgs boson couplings are equal to their values in the standard model, the observed coupling modifiers of the trilinear Higgs boson self-coupling κ λ and the coupling between a pair of Higgs bosons and a pair of vector bosons c 2V are constrained within the ranges − 3 . 3 < κ λ < 8 . 5 and − 1 . 3 < c 2V < 3 . 5 at 95% confidence level. Constraints on κ λ are also set by combining this analysis with a search for single Higgs bosons decaying to two photons, produced in association with top quark-antiquark pairs, and by performing a simultaneous fit of κ λ and the top quark Yukawa coupling modifier κ t .« less
  3. Abstract The rate for Higgs ( $${\mathrm{H}} $$ H ) bosons production in association with either one ( $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H ) or two ( $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H ) top quarks is measured in final states containing multiple electrons, muons, or tau leptons decaying to hadrons and a neutrino, using proton–proton collisions recorded at a center-of-mass energy of $$13\,\text {TeV} $$ 13 TeV by the CMS experiment. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The analysis is aimed at events that contain $${\mathrm{H}} \rightarrowmore »{\mathrm{W}} {\mathrm{W}} $$ H → W W , $${\mathrm{H}} \rightarrow {\uptau } {\uptau } $$ H → τ τ , or $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ H → Z Z decays and each of the top quark(s) decays either to lepton+jets or all-jet channels. Sensitivity to signal is maximized by including ten signatures in the analysis, depending on the lepton multiplicity. The separation among $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H , $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H , and the backgrounds is enhanced through machine-learning techniques and matrix-element methods. The measured production rates for the $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H and $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H signals correspond to $$0.92 \pm 0.19\,\text {(stat)} ^{+0.17}_{-0.13}\,\text {(syst)} $$ 0.92 ± 0.19 (stat) - 0.13 + 0.17 (syst) and $$5.7 \pm 2.7\,\text {(stat)} \pm 3.0\,\text {(syst)} $$ 5.7 ± 2.7 (stat) ± 3.0 (syst) of their respective standard model (SM) expectations. The corresponding observed (expected) significance amounts to 4.7 (5.2) standard deviations for $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H , and to 1.4 (0.3) for $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H production. Assuming that the Higgs boson coupling to the tau lepton is equal in strength to its expectation in the SM, the coupling $$y_{{\mathrm{t}}}$$ y t of the Higgs boson to the top quark divided by its SM expectation, $$\kappa _{{\mathrm{t}}}=y_{{\mathrm{t}}}/y_{{\mathrm{t}}}^{\mathrm {SM}}$$ κ t = y t / y t SM , is constrained to be within $$-0.9< \kappa _{{\mathrm{t}}}< -0.7$$ - 0.9 < κ t < - 0.7 or $$0.7< \kappa _{{\mathrm{t}}}< 1.1$$ 0.7 < κ t < 1.1 , at 95% confidence level. This result is the most sensitive measurement of the $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H production rate to date.« less
  4. 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 → $$ a{\overset{\sim }{\chi}}_1^0more »$$ 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.« less
  5. A bstract A search for long-lived particles decaying into muon pairs is performed using proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, collected by the CMS experiment at the LHC in 2017 and 2018, corresponding to an integrated luminosity of 101 fb − 1 . The data sets used in this search were collected with a dedicated dimuon trigger stream with low transverse momentum thresholds, recorded at high rate by retaining a reduced amount of information, in order to explore otherwise inaccessible phase space at low dimuon mass and nonzero displacement from the primary interaction vertex. No significant excessmore »of events beyond the standard model expectation is found. Upper limits on branching fractions at 95% confidence level are set on a wide range of mass and lifetime hypotheses in beyond the standard model frameworks with the Higgs boson decaying into a pair of long-lived dark photons, or with a long-lived scalar resonance arising from a decay of a b hadron. The limits are the most stringent to date for substantial regions of the parameter space. These results can be also used to constrain models of displaced dimuons that are not explicitly considered in this paper.« less