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Title: Search for CP violating top quark couplings in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A<sc>bstract</sc>

Results are presented from a search for CP violation in top quark pair production, using proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV. The data used for this analysis consist of final states with two charged leptons collected by the CMS experiment, and correspond to an integrated luminosity of 35.9 fb1. The search uses two observables,$$ \mathcal{O} $$O1and$$ \mathcal{O} $$O3, which are Lorentz scalars. The observable$$ \mathcal{O} $$O1is constructed from the four-momenta of the charged leptons and the reconstructed top quarks, while$$ \mathcal{O} $$O3consists of the four-momenta of the charged leptons and the b quarks originating from the top quarks. Asymmetries in these observables are sensitive to CP violation, and their measurement is used to determine the chromoelectric dipole moment of the top quark. The results are consistent with the expectation from the standard model.

 
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Award ID(s):
2121686
NSF-PAR ID:
10471527
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
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
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  1. A<sc>bstract</sc>

    The charge-parity (CP) structure of the Yukawa interaction between the Higgs (H) boson and the top quark is measured in a data sample enriched in the t$$ \overline{\textrm{t}} $$t¯H and tH associated production, using 138 fb1of data collected in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV by the CMS experiment at the CERN LHC. The study targets events where the H boson decays via H → WW or H →ττand the top quarks decay via t → Wb: the W bosons decay either leptonically or hadronically, and final states characterized by the presence of at least two leptons are studied. Machine learning techniques are applied to these final states to enhance the separation ofCP-even fromCP-odd scenarios. Two-dimensional confidence regions are set onκtand$$ \overset{\sim }{\kappa } $$κ~t, which are respectively defined as theCP-even andCP-odd top-Higgs Yukawa coupling modifiers. No significant fractionalCP-odd contributions, parameterized by the quantity|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$fCPHtt|are observed; the parameter is determined to be|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$fCPHtt|= 0.59 with an interval of (0.24,0.81) at 68% confidence level. The results are combined with previous results covering the HZZ and H→ γγdecay modes, yielding two- and one-dimensional confidence regions onκtand$$ \overset{\sim }{\kappa } $$κ~t, while|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$fCPHtt|is determined to be|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$fCPHtt|= 0.28 with an interval of|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$fCPHtt| <0.55 at 68% confidence level, in agreement with the standard modelCP-even prediction of|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$fCPHtt|= 0.

     
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  2. A<sc>bstract</sc>

    Results are presented on a search for CP violation in the production and decay of top quark-antiquark pairs in the lepton+jets channel. The search is based on data from proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV, collected with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb1. Possible CP violation effects are evaluated by measuring asymmetries in observables constructed from linearly independent four-momentum vectors of the final-state particles. The dimensionless chromoelectric dipole moment of the top quark obtained from the observed asymmetries is measured to be 0.04 ± 0.10 (stat) ± 0.07(syst), and the asymmetries exhibit no evidence for CP-violating effects, consistent with expectations from the standard model.

     
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  3. A<sc>bstract</sc>

    Three searches are presented for signatures of physics beyond the standard model (SM) inττfinal states in proton-proton collisions at the LHC, using a data sample collected with the CMS detector at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb1. Upper limits at 95% confidence level (CL) are set on the products of the branching fraction for the decay intoτleptons and the cross sections for the production of a new bosonϕ, in addition to the H(125) boson, via gluon fusion (ggϕ) or in association with b quarks, ranging from$$ \mathcal{O} $$O(10 pb) for a mass of 60 GeV to 0.3 fb for a mass of 3.5 TeV each. The data reveal two excesses for ggϕproduction with localp-values equivalent to about three standard deviations atmϕ= 0.1 and 1.2 TeV. In a search fort-channel exchange of a vector leptoquark U1, 95% CL upper limits are set on the dimensionless U1leptoquark coupling to quarks andτleptons ranging from 1 for a mass of 1 TeV to 6 for a mass of 5 TeV, depending on the scenario. In the interpretations of the$$ {M}_{\textrm{h}}^{125} $$Mh125and$$ {M}_{\textrm{h},\textrm{EFT}}^{125} $$Mh,EFT125minimal supersymmetric SM benchmark scenarios, additional Higgs bosons with masses below 350 GeV are excluded at 95% CL.

     
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  4. A<sc>bstract</sc>

    A search for supersymmetry is presented in events with a single charged lepton, electron or muon, and multiple hadronic jets. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb1of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, recorded by the CMS experiment at the CERN LHC. The search targets gluino pair production, where the gluinos decay into final states with the lightest supersymmetric particle (LSP) and either a top quark-antiquark ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯) pair, or a light-flavor quark-antiquark ($$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$qq¯) pair and a virtual or on-shell W boson. The main backgrounds,$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯pair and W+jets production, are suppressed by requirements on the azimuthal angle between the momenta of the lepton and of its reconstructed parent W boson candidate, and by top quark and W boson identification based on a machine-learning technique. The number of observed events is consistent with the expectations from standard model processes. Limits are evaluated on supersymmetric particle masses in the context of two simplified models of gluino pair production. Exclusions for gluino masses reach up to 2120 (2050) GeV at 95% confidence level for a model with gluino decay to a$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯pair (a$$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$qq¯pair and a W boson) and the LSP. For the same models, limits on the mass of the LSP reach up to 1250 (1070) GeV.

     
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  5. A<sc>bstract</sc>

    This paper presents a search for hypothetical massive, charged, long-lived particles with the ATLAS detector at the LHC using an integrated luminosity of 139 fb1of proton–proton collisions at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV. These particles are expected to move significantly slower than the speed of light and should be identifiable by their high transverse momenta and anomalously large specific ionisation losses, dE/dx. Trajectories reconstructed solely by the inner tracking system and a dE/dxmeasurement in the pixel detector layers provide sensitivity to particles with lifetimes down to$$ \mathcal{O} $$O(1) ns with a mass, measured using the Bethe–Bloch relation, ranging from 100 GeV to 3 TeV. Interpretations for pair-production ofR-hadrons, charginos and staus in scenarios of supersymmetry compatible with these particles being long-lived are presented, with mass limits extending considerably beyond those from previous searches in broad ranges of lifetime.

     
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