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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 for this final state.  more » « less
Award ID(s):
1806415 2209460
PAR ID:
10356043
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
9
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A search is described for the production of a pair of bottom-type vectorlike quarks ( B VLQs) with mass greater than 1000 GeV. Each B VLQ decays into a b quark and a Higgs boson, a b quark and a Z boson, or a t quark and a W boson. This analysis considers both fully hadronic final states and those containing a charged lepton pair from a Z boson decay. The products of the H b b boson decay and of the hadronic Z or W boson decays can be resolved as two distinct jets or merged into a single jet, so the final states are classified by the number of reconstructed jets. The analysis uses data corresponding to an integrated luminosity of 138 fb 1 collected in proton-proton collisions at s = 13 TeV with the CMS detector at the LHC from 2016 to 2018. No excess over the expected background is observed. Lower limits are set on the B VLQ mass at the 95% confidence level. These depend on the B VLQ branching fractions and are 1570 and 1540 GeV for 100% B b H and 100% B b Z , respectively. In most cases, the mass limits obtained exceed previous limits by at least 100 GeV. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  2. Abstract A search for low-mass dilepton resonances in Higgs boson decays is conducted in the four-lepton final state. The decay is assumed to proceed via a pair of beyond the standard model particles, or one such particle and a $${\mathrm{Z}}$$ Z boson. The search uses proton–proton collision data collected with the CMS detector at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , at a center-of-mass energy $$\sqrt{s} = 13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV . No significant deviation from the standard model expectation is observed. Upper limits at 95% confidence level are set on model-independent Higgs boson decay branching fractions. Additionally, limits on dark photon and axion-like particle production, based on two specific models, are reported. 
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  4. 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. 
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  5. Abstract A search for flavor-changing neutral current interactions of the top quark (t) and the Higgs boson (H) is presented. The search is based on a data sample corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 recorded by the CMS experiment at the LHC in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. Events containing exactly one lepton (muon or electron) and at least three jets, among which at least two are identified as originating from the hadronization of a bottom quark, are analyzed. A set of deep neural networks is used for kinematic event reconstruction, while boosted decision trees distinguish the signal from the background events. No significant excess over the background predictions is observed, and upper limits on the signal production cross sections are extracted. These limits are interpreted in terms of top quark decay branching fractions ( $$ \mathcal{B} $$ B ) to the Higgs boson and an up (u) or a charm quark (c). Assuming one nonvanishing extra coupling at a time, the observed (expected) upper limits at 95% confidence level are $$ \mathcal{B} $$ B (t → Hu) < 0 . 079 (0 . 11)% and $$ \mathcal{B} $$ B (t → Hc) < 0 . 094 (0 . 086)%. 
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