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This content will become publicly available on July 1, 2024

Title: Search for light Higgs bosons from supersymmetric cascade decays in $$\text {pp}$$ collisions at $$\sqrt{s}=13\,\textrm{TeV}$$
Abstract

A search is reported for pairs of light Higgs bosons ($${\textrm{H}} _1$$H1) produced in supersymmetric cascade decays in final states with small missing transverse momentum. A data set of LHC$$\hbox {pp}$$ppcollisions collected with the CMS detector at$$\sqrt{s}=13\,\text {TeV} $$s=13TeVand corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1is used. The search targets events where both$${\textrm{H}} _1$$H1bosons decay into Equation missing<#comment/>pairs that are reconstructed as large-radius jets using substructure techniques. No evidence is found for an excess of events beyond the background expectations of the standard model (SM). Results from the search are interpreted in the next-to-minimal supersymmetric extension of the SM, where a “singlino” of small mass leads to squark and gluino cascade decays that can predominantly end in a highly Lorentz-boosted singlet-like$${\textrm{H}} _1$$H1and a singlino-like neutralino of small transverse momentum. Upper limits are set on the product of the squark or gluino pair production cross section and the square of the Equation missing<#comment/>branching fraction of the$${\textrm{H}} _1$$H1in a benchmark model containing almost mass-degenerate gluinos and light-flavour squarks. Under the assumption of an SM-like Equation missing<#comment/>branching fraction,$${\textrm{H}} _1$$H1bosons with masses in the range 40–120$$\,\text {GeV}$$GeVarising from the decays of squarks or gluinos with a mass of 1200–2500$$\,\text {GeV}$$GeVare excluded at 95% confidence level.

 
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Award ID(s):
2121686
NSF-PAR ID:
10471529
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
83
Issue:
7
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract

    This paper reports a search for Higgs boson pair (hh) production in association with a vector boson ($$W\; {\text {o}r}\; Z$$WorZ) using 139 fb$$^{-1}$$-1of proton–proton collision data at$$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$s=13TeVrecorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The search is performed in final states in which the vector boson decays leptonically ($$W\rightarrow \ell \nu ,\, Z\rightarrow \ell \ell ,\nu \nu $$Wν,Z,ννwith$$\ell =e, \mu $$=e,μ) and the Higgs bosons each decay into a pair ofb-quarks. It targetsVhhsignals from both non-resonanthhproduction, present in the Standard Model (SM), and resonanthhproduction, as predicted in some SM extensions. A 95% confidence-level upper limit of 183 (87) times the SM cross-section is observed (expected) for non-resonantVhhproduction when assuming the kinematics are as expected in the SM. Constraints are also placed on Higgs boson coupling modifiers. For the resonant search, upper limits on the production cross-sections are derived for two specific models: one is the production of a vector boson along with a neutral heavy scalar resonanceH, in the mass range 260–1000 GeV, that decays intohh, and the other is the production of a heavier neutral pseudoscalar resonanceAthat decays into aZboson andHboson, where theAboson mass is 360–800 GeV and theHboson mass is 260–400 GeV. Constraints are also derived in the parameter space of two-Higgs-doublet models.

     
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  2. Abstract

    A search for decays to invisible particles of Higgs bosons produced in association with a top-antitop quark pair or a vector boson, which both decay to a fully hadronic final state, has been performed using proton-proton collision data collected at$${\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}}$$s=13TeVby the CMS experiment at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1. The 95% confidence level upper limit set on the branching fraction of the 125$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$GeVHiggs boson to invisible particles,$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$B(Hinv), is 0.54 (0.39 expected), assuming standard model production cross sections. The results of this analysis are combined with previous$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$B(Hinv)searches carried out at$${\sqrt{s}=7}$$s=7, 8, and 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$TeVin complementary production modes. The combined upper limit at 95% confidence level on$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$B(Hinv)is 0.15 (0.08 expected).

     
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  3. Abstract

    The possibility in supersymmetric scenarios that the dark matter candidate is a Higgsino-like neutralino means that its production can be associated with Higgs bosons. Taking advantage of this fact, we propose a LHC search strategy for gluinos with$$\tau $$τleptons in the final state, coming from the decay of a Higgs boson. We consider the strong production of a pair of gluinos, one of which decays into the Higgsino plus jets while the other decays into the bino plus jets. In turn, this bino decays into the Higgsino plus a Higgs boson which finally decays into a$$\tau $$τ-lepton pair. Therefore, the experimental signature under study consists of 4 jets, 2$$\tau $$τleptons, and a large amount of missing transverse energy. This work represents a proof of principle of a search that is sensitive to a spectrum such that the gluino does not directly decay to the dark matter candidate but to an intermediate electroweakino that then produces Higgs bosons in its subsequent decay. Our cut-based search strategy allows us to reach, for a LHC center-of-mass energy of 14 TeV and a total integrated luminosity of 1 ab$$^{-1}$$-1, significances of up to 2 standard deviations, considering systematic uncertainties in the SM background of 30%. The projections for 3 ab$$^{-1}$$-1are encouraging, with significances at the evidence level, which in more optimistic experimental scenarios could exceed 4 standard deviations.

     
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  4. Abstract

    Leptoquarks ($$\textrm{LQ}$$LQs) are hypothetical particles that appear in various extensions of the Standard Model (SM), that can explain observed differences between SM theory predictions and experimental results. The production of these particles has been widely studied at various experiments, most recently at the Large Hadron Collider (LHC), and stringent bounds have been placed on their masses and couplings, assuming the simplest beyond-SM (BSM) hypotheses. However, the limits are significantly weaker for$$\textrm{LQ}$$LQmodels with family non-universal couplings containing enhanced couplings to third-generation fermions. We present a new study on the production of a$$\textrm{LQ}$$LQat the LHC, with preferential couplings to third-generation fermions, considering proton-proton collisions at$$\sqrt{s} = 13 \, \textrm{TeV}$$s=13TeVand$$\sqrt{s} = 13.6 \, \textrm{TeV}$$s=13.6TeV. Such a hypothesis is well motivated theoretically and it can explain the recent anomalies in the precision measurements of$$\textrm{B}$$B-meson decay rates, specifically the$$R_{D^{(*)}}$$RD()ratios. Under a simplified model where the$$\textrm{LQ}$$LQmasses and couplings are free parameters, we focus on cases where the$$\textrm{LQ}$$LQdecays to a$$\tau $$τlepton and a$$\textrm{b}$$bquark, and study how the results are affected by different assumptions about chiral currents and interference effects with other BSM processes with the same final states, such as diagrams with a heavy vector boson,$$\textrm{Z}^{\prime }$$Z. The analysis is performed using machine learning techniques, resulting in an increased discovery reach at the LHC, allowing us to probe new physics phase space which addresses the$$\textrm{B}$$B-meson anomalies, for$$\textrm{LQ}$$LQmasses up to$$5.00\, \textrm{TeV}$$5.00TeV, for the high luminosity LHC scenario.

     
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  5. Abstract

    A search for supersymmetry involving the pair production of gluinos decaying via off-shell third-generation squarks into the lightest neutralino$$(\tilde{\chi }^0_1)$$(χ~10)is reported. It exploits LHC proton–proton collision data at a centre-of-mass energy$$\sqrt{s} = 13$$s=13TeV with an integrated luminosity of 139 fb$$^{-1}$$-1collected with the ATLAS detector from 2015 to 2018. The search uses events containing large missing transverse momentum, up to one electron or muon, and several energetic jets, at least three of which must be identified as containingb-hadrons. Both a simple kinematic event selection and an event selection based upon a deep neural-network are used. No significant excess above the predicted background is found. In simplified models involving the pair production of gluinos that decay via off-shell top (bottom) squarks, gluino masses less than 2.44 TeV (2.35 TeV) are excluded at 95% CL for a massless$$\tilde{\chi }^0_1.$$χ~10.Limits are also set on the gluino mass in models with variable branching ratios for gluino decays to$$b\bar{b}\tilde{\chi }^0_1,$$bb¯χ~10,$$t\bar{t}\tilde{\chi }^0_1$$tt¯χ~10and$$t\bar{b}\tilde{\chi }^-_1/\bar{t}b\tilde{\chi }^+_1.$$tb¯χ~1-/t¯bχ~1+.

     
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