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This content will become publicly available on November 1, 2022

Title: Combined searches for the production of supersymmetric top quark partners in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\text {V} $$
Abstract A combination of searches for top squark pair production using proton–proton collision data at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {Te}\text {V}$$ Te at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 collected by the CMS experiment, is presented. Signatures with at least 2 jets and large missing transverse momentum are categorized into events with 0, 1, or 2 leptons. New results for regions of parameter space where the kinematical properties of top squark pair production and top quark pair production are very similar are presented. Depending on the model, the combined result excludes a top squark mass up to 1325 $$\,\text {Ge}\text {V}$$ Ge for a massless neutralino, and a neutralino mass up to 700 $$\,\text {Ge}\text {V}$$ Ge for a top squark mass of 1150 $$\,\text {Ge}\text {V}$$ Ge . Top squarks with masses from 145 to 295 $$\,\text {Ge}\text {V}$$ Ge , for neutralino masses from 0 to 100 $$\,\text {Ge}\text {V}$$ Ge , with a mass difference between the top squark and the neutralino in a window of 30 $$\,\text {Ge}\text {V}$$ Ge around the mass of the top quark, are excluded for the first time with CMS more » data. The results of theses searches are also interpreted in an alternative signal model of dark matter production via a spin-0 mediator in association with a top quark pair. Upper limits are set on the cross section for mediator particle masses of up to 420 $$\,\text {Ge}\text {V}$$ Ge . « less
Authors:
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Award ID(s):
1913513 1912740
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10330326
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
81
Issue:
11
ISSN:
1434-6044
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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 ( ∗ ) χmore »~ 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.« less
  2. A bstract A search for phenomena beyond the standard model in final states with two oppositely charged same-flavor leptons and missing transverse momentum is presented. The search uses a data sample of proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 , collected by the CMS experiment at the LHC. Three potential signatures of physics beyond the standard model are explored: an excess of events with a lepton pair, whose invariant mass is consistent with the Z boson mass; a kinematic edge in the invariant mass distribution of themore »lepton pair; and the nonresonant production of two leptons. The observed event yields are consistent with those expected from standard model backgrounds. The results of the first search allow the exclusion of gluino masses up to 1870 GeV, as well as chargino (neutralino) masses up to 750 (800) GeV, while those of the searches for the other two signatures allow the exclusion of light-flavor (bottom) squark masses up to 1800 (1600) GeV and slepton masses up to 700 GeV, respectively, at 95% confidence level within certain supersymmetry scenarios.« less
  3. A bstract The results of a search for new phenomena in final states with b -jets and missing transverse momentum using 139 fb − 1 of proton-proton data collected at a centre-of-mass energy $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the ATLAS detector at the LHC are reported. The analysis targets final states produced by the decay of a pair-produced supersymmetric bottom squark into a bottom quark and a stable neutralino. The analysis also seeks evidence for models of pair production of dark matter particles produced through the decay of a generic scalar or pseudoscalar mediator state in associationmore »with a pair of bottom quarks, and models of pair production of scalar third-generation down-type leptoquarks. No significant excess of events over the Standard Model background expectation is observed in any of the signal regions considered by the analysis. Bottom squark masses below 1270 GeV are excluded at 95% confidence level if the neutralino is massless. In the case of nearly mass-degenerate bottom squarks and neutralinos, the use of dedicated secondary-vertex identification techniques permits the exclusion of bottom squarks with masses up to 660 GeV for mass splittings between the squark and the neutralino of 10 GeV. These limits extend substantially beyond the regions of parameter space excluded by similar ATLAS searches performed previously.« less
  4. null (Ed.)
    Abstract Production cross sections of the Higgs boson are measured in the $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} \rightarrow 4\ell $$ H → Z Z → 4 ℓ ( $$\ell ={\mathrm{e}},{{{\upmu }}_{\mathrm{}}^{\mathrm{}}} $$ ℓ = e , μ ) decay channel. A data sample of proton–proton collisions at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {Te}\text {V}$$ Te , collected by the CMS detector at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 is used. The signal strength modifier $$\mu $$ μ , defined as the ratio of the Higgs boson production rate in the $$4\ellmore »$$ 4 ℓ channel to the standard model (SM) expectation, is measured to be $$\mu =0.94 \pm 0.07 \,\text {(stat)} ^{+0.09}_{-0.08} \,\text {(syst)} $$ μ = 0.94 ± 0.07 (stat) - 0.08 + 0.09 (syst) at a fixed value of $$m_{{\mathrm{H}}} = 125.38\,\text {Ge}\text {V} $$ m H = 125.38 Ge . The signal strength modifiers for the individual Higgs boson production modes are also reported. The inclusive fiducial cross section for the $${\mathrm{H}} \rightarrow 4\ell $$ H → 4 ℓ process is measured to be $$2.84^{+0.23}_{-0.22} \,\text {(stat)} ^{+0.26}_{-0.21} \,\text {(syst)} \,\text {fb} $$ 2 . 84 - 0.22 + 0.23 (stat) - 0.21 + 0.26 (syst) fb , which is compatible with the SM prediction of $$2.84 \pm 0.15 \,\text {fb} $$ 2.84 ± 0.15 fb for the same fiducial region. Differential cross sections as a function of the transverse momentum and rapidity of the Higgs boson, the number of associated jets, and the transverse momentum of the leading associated jet are measured. A new set of cross section measurements in mutually exclusive categories targeted to identify production mechanisms and kinematical features of the events is presented. The results are in agreement with the SM predictions.« less
  5. Abstract A search for dark matter particles is performed using events with a Z boson candidate and large missing transverse momentum. The analysis is based on proton–proton collision data at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {Te}\text {V}$$ Te , collected by the CMS experiment at the LHC in 2016–2018, corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The search uses the decay channels $${\mathrm{Z}} \rightarrow {\mathrm{e}} {\mathrm{e}} $$ Z → e e and $${\mathrm{Z}} \rightarrow {{\upmu }{}{}} {{\upmu }{}{}} $$ Z → μ μ . No significant excess of events is observed over themore »background expected from the standard model. Limits are set on dark matter particle production in the context of simplified models with vector, axial-vector, scalar, and pseudoscalar mediators, as well as on a two-Higgs-doublet model with an additional pseudoscalar mediator. In addition, limits are provided for spin-dependent and spin-independent scattering cross sections and are compared to those from direct-detection experiments. The results are also interpreted in the context of models of invisible Higgs boson decays, unparticles, and large extra dimensions.« less