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Title: Search for top squark pair production in a final state with at least one hadronically decaying tau lepton in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A bstract A search for pair production of the supersymmetric partner of the top quark, the top squark, in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV is presented in final states containing at least one hadronically decaying tau lepton and large missing transverse momentum. This final state is highly sensitive to scenarios of supersymmetry in which the decay of the top squark to tau leptons is enhanced. The search uses a data sample corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 , which was recorded with the CMS detector during 2016–2018. No significant excess is observed with respect to the standard model predictions. Exclusion limits at 95% confidence level on the masses of the top squark and the lightest neutralino are presented under the assumptions of simplified models. The results probe top squark masses up to 1150 GeV for a nearly massless neutralino. This search covers a relatively less explored parameter space in the context of supersymmetry, and the exclusion limit is the most stringent to date for the model considered here.  more » « less
Award ID(s):
2209553 2121686
PAR ID:
10463768
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2023
Issue:
7
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. null (Ed.)
    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 the 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. 
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  2. A bstract A search for supersymmetry in events with two or three low-momentum leptons and missing transverse momentum is performed. The search uses proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected in the three-year period 2016–2018 by the CMS experiment at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of up to 137 fb − 1 . The data are found to be in agreement with expectations from standard model processes. The results are interpreted in terms of electroweakino and top squark pair production with a small mass difference between the produced supersymmetric particles and the lightest neutralino. For the electroweakino interpretation, two simplified models are used, a wino-bino model and a higgsino model. Exclusion limits at 95% confidence level are set on $$ {\overset{\sim }{\upchi}}_2^0/{\overset{\sim }{\upchi}}_1^{\pm } $$ χ ~ 2 0 / χ ~ 1 ± masses up to 275 GeV for a mass difference of 10 GeV in the wino-bino case, and up to 205(150) GeV for a mass difference of 7.5 (3) GeV in the higgsino case. The results for the higgsino are further interpreted using a phenomenological minimal supersymmetric standard model, excluding the higgsino mass parameter μ up to 180 GeV with the bino mass parameter M 1 at 800 GeV. In the top squark interpretation, exclusion limits are set at top squark masses up to 540 GeV for four-body top squark decays and up to 480 GeV for chargino-mediated decays with a mass difference of 30 GeV. 
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  3. Abstract A search for R-parity-violating supersymmetry in final states characterized by high jet multiplicity, at least one isolated light lepton and either zero or at least three b -tagged jets is presented. The search uses $${139}\,{\text {fb}^{-1}}$$ 139 fb - 1 of $$\sqrt{s} = {13}\hbox { TeV}$$ s = 13 TeV proton–proton collision data collected by the ATLAS experiment during Run 2 of the Large Hadron Collider. The results are interpreted in the context of R-parity-violating supersymmetry models that feature gluino production, top-squark production, or electroweakino production. The dominant sources of background are estimated using a data-driven model, based on observables at medium jet multiplicity, to predict the b -tagged jet multiplicity distribution at the higher jet multiplicities used in the search. Machine-learning techniques are used to reach sensitivity to electroweakino production, extending the data-driven background estimation to the shape of the machine-learning discriminant. No significant excess over the Standard Model expectation is observed and exclusion limits at the 95% confidence level are extracted, reaching as high as 2.4 TeV in gluino mass, 1.35 TeV in top-squark mass, and 320 (365) GeV in higgsino (wino) mass. 
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  4. 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 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 . 
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  5. null (Ed.)
    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 ( ∗ ) χ ~ 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. 
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