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This content will become publicly available on September 1, 2023

Title: earch for a W′ boson decaying to a vector-like quark and a top or bottom quark in the all-jets final state at $$ \sqrt{\mathrm{s}} $$ = 13 TeV
A bstract A search is presented for a heavy W′ boson resonance decaying to a B or T vector-like quark and a t or a b quark, respectively. The analysis is performed using proton-proton collisions collected with the CMS detector at the LHC. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb − 1 at a center-of-mass energy of 13 TeV. Both decay channels result in a signature with a t quark, a Higgs or Z boson, and a b quark, each produced with a significant Lorentz boost. The all-hadronic decays of the Higgs or Z boson and of the t quark are selected using jet substructure techniques to reduce standard model backgrounds, resulting in a distinct three-jet W′ boson decay signature. No significant deviation in data with respect to the standard model background prediction is observed. Upper limits are set at 95% confidence level on the product of the W′ boson cross section and the final state branching fraction. A W′ boson with a mass below 3.1 TeV is excluded, given the benchmark model assumption of democratic branching fractions. In addition, limits are set based on generalizations of these assumptions. These are the most sensitive limits to date more » for this final state. « less
Authors:
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Award ID(s):
1806415
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10356043
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
9
ISSN:
1029-8479
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract A search for new heavy resonances decaying to a pair of Higgs bosons (HH) in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV is presented. Data were collected with the CMS detector at the LHC in 2016–2018, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . Resonances with a mass between 0.8 and 4.5 TeV are considered using events in which one Higgs boson decays into a bottom quark pair and the other into final states with either one or two charged leptons. Specifically, the single-lepton decay channel $$ \mathrm{HH}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}{\mathrm{WW}}^{\ast}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\ell v\mathrm{q}{\overline{\mathrm{q}}}^{\prime } $$ HH → b b ¯ WW ∗ → b b ¯ ℓ v q q ¯ ′ and the dilepton decay channels $$ \mathrm{HH}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}{\mathrm{WW}}^{\ast}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\ell v\ell v $$ HH → b b ¯ WW ∗ → b b ¯ ℓ v ℓ v and $$ \mathrm{HH}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\uptau \uptau \to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\ell vv\ell vv $$ HH → b b ¯ ττ → b b ¯ ℓ vv ℓ vv are examined, where ℓ in the final state corresponds to an electron or muon. The signal is extracted using a two-dimensional maximum likelihood fit of the $$ \mathrm{H}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ H →more »b b ¯ jet mass and HH invariant mass distributions. No significant excess above the standard model expectation is observed in data. Model-independent exclusion limits are placed on the product of the cross section and branching fraction for narrow spin-0 and spin-2 massive bosons decaying to HH. The results are also interpreted in the context of radion and bulk graviton production in models with a warped extra spatial dimension. The results provide the most stringent limits to date for X → HH signatures with final-state leptons and at some masses provide the most sensitive limits of all X → HH searches.« less
  2. Abstract This paper presents a measurement of the electroweak production of two jets in association with a $$Z\gamma $$ Z γ pair, with the Z boson decaying into two neutrinos. It also presents a search for invisible or partially invisible decays of a Higgs boson with a mass of 125  $$\text {GeV}$$ GeV produced through vector-boson fusion with a photon in the final state. These results use data from LHC proton–proton collisions at $$\sqrt{s}$$ s = 13  $$\text {TeV}$$ TeV collected with the ATLAS detector and corresponding to an integrated luminosity of 139  $$\hbox {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The event signature, shared by all benchmark processes considered for the measurements and searches, is characterized by a significant amount of unbalanced transverse momentum and a photon in the final state, in addition to a pair of forward jets. Electroweak $$Z\gamma $$ Z γ production in association with two jets is observed in this final state with a significance of 5.2 (5.1 expected) standard deviations. The measured fiducial cross-section for this process is $$1.31\pm 0.29$$ 1.31 ± 0.29  fb. An observed (expected) upper limit of 0.37 ( $$0.34^{+0.15}_{-0.10}$$ 0 . 34 - 0.10 + 0.15 ) at 95% confidence level ismore »set on the branching ratio of a 125  $$\text {GeV}$$ GeV Higgs boson to invisible particles, assuming the Standard Model production cross-section. The signature is also interpreted in the context of decays of a Higgs boson into a photon and a dark photon. An observed (expected) 95% CL upper limit on the branching ratio for this decay is set at 0.018 ( $$0.017^{+0.007}_{-0.005}$$ 0 . 017 - 0.005 + 0.007 ), assuming the Standard Model production cross-section for a 125  $$\text {GeV}$$ GeV Higgs boson.« less
  3. A bstract The production of dark matter in association with Higgs bosons is predicted in several extensions of the Standard Model. An exploration of such scenarios is presented, considering final states with missing transverse momentum and b -tagged jets consistent with a Higgs boson. The analysis uses proton-proton collision data at a centre-of-mass energy of 13 TeV recorded by the ATLAS experiment at the LHC during Run 2, amounting to an integrated luminosity of 139 fb − 1 . The analysis, when compared with previous searches, benefits from a larger dataset, but also has further improvements providing sensitivity to a wider spectrum of signal scenarios. These improvements include both an optimised event selection and advances in the object identification, such as the use of the likelihood-based significance of the missing transverse momentum and variable-radius track-jets. No significant deviation from Standard Model expectations is observed. Limits are set, at 95% confidence level, in two benchmark models with two Higgs doublets extended by either a heavy vector boson Z ′ or a pseudoscalar singlet a and which both provide a dark matter candidate χ . In the case of the two-Higgs-doublet model with an additional vector boson Z ′, the observed limitsmore »extend up to a Z ′ mass of 3 TeV for a mass of 100 GeV for the dark matter candidate. The two-Higgs-doublet model with a dark matter particle mass of 10 GeV and an additional pseudoscalar a is excluded for masses of the a up to 520 GeV and 240 GeV for tan β = 1 and tan β = 10 respectively. Limits on the visible cross-sections are set and range from to 0.05 fb to 3.26 fb, depending on the missing transverse momentum and b -quark jet multiplicity requirements.« less
  4. A bstract A search is presented for single production of a vector-like T quark with charge 2 / 3 e , in the decay channel featuring a top quark and a Z boson, with the top quark decaying hadronically and the Z boson decaying to neutrinos. The search uses data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 recorded at the CERN LHC in 2016–2018. The search is sensitive to a T quark mass between 0.6 and 1.8 TeV with decay widths ranging from negligibly small up to 30% of the T quark mass. Reconstruction strategies for the top quark are based on the degree of Lorentz boosting of its final state. At 95% confidence level, the upper limit on the product of the cross section and branching fraction for a T quark of small decay width varies between 15 and 602 fb, depending on its mass. For a T quark with decay widths between 10 and 30% of its mass, this upper limit ranges between 16 and 836 fb. For most of the studied range, the results provide the best limits tomore »date. This is the first search for single T quark production based on the full Run 2 data set of the LHC.« less
  5. 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 atmore »95% confidence level, respectively. The observed upper limits represent the most stringent constraints on the b ∗ model to date.« less