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Title: Search for physics beyond the standard model in events with jets and two same-sign or at least three charged leptons in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}=13\,{\text {TeV}} $$
Abstract A data sample of events from proton-proton collisions with at least two jets, and two isolated same-sign or three or more charged leptons, is studied in a search for signatures of new physics phenomena. The data correspond to an integrated luminosity of $$137{\,{\text {fb}}^{-1}} $$ 137 fb - 1 at a center-of-mass energy of $$13\,{\text {TeV}} $$ 13 TeV , collected in 2016–2018 by the CMS experiment at the LHC. The search is performed using a total of 168 signal regions defined using several kinematic variables. The properties of the events are found to be consistent with the expectations from standard model processes. Exclusion limits at 95% confidence level are set on cross sections for the pair production of gluinos or squarks for various decay scenarios in the context of supersymmetric models conserving or violating R parity. The observed lower mass limits are as large as $$2.1\,{\text {TeV}} $$ 2.1 TeV for gluinos and $$0.9\,{\text {TeV}} $$ 0.9 TeV for top and bottom squarks. To facilitate reinterpretations, model-independent limits are provided in a set of simplified signal regions.
Authors:
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Award ID(s):
1912740
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10331523
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
80
Issue:
8
ISSN:
1434-6044
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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 combinedmore »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 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
  2. 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
  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 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
  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