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Title: A search for new physics in central exclusive production using the missing mass technique with the CMS detector and the CMS-TOTEM precision proton spectrometer
Abstract A generic search is presented for the associated production of a Z boson or a photon with an additional unspecified massive particle X,$${\textrm{pp}}\rightarrow {\textrm{pp}} +{{\textrm{Z}}}/\upgamma +{{\textrm{X}}} $$ pp pp + Z / γ + X , in proton-tagged events from proton–proton collisions at$$\sqrt{s}=13\, \textrm{TeV}$$ s = 13 TeV , recorded in 2017 with the CMS detector and the CMS-TOTEM precision proton spectrometer. The missing mass spectrum is analysed in the 600–1600 GeV range and a fit is performed to search for possible deviations from the background expectation. No significant excess in data with respect to the background predictions has been observed. Model-independent upper limits on the visible production cross section of$${\textrm{pp}}\rightarrow {\textrm{pp}} +{{\textrm{Z}}}/\upgamma +{{\textrm{X}}} $$ pp pp + Z / γ + X are set.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10472478
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:
9
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract The production cross section of inclusive isolated photons has been measured by the ALICE experiment at the CERN LHC in pp collisions at centre-of-momentum energy of$$\sqrt{s} =13$$ s = 13  TeV collected during the LHC Run 2 data-taking period. The measurement is performed by combining the measurements of the electromagnetic calorimeter EMCal and the central tracking detectors ITS and TPC, covering a pseudorapidity range of$$|\eta ^{\gamma }|<0.67$$ | η γ | < 0.67 and a transverse momentum range of$$7 7 < p T γ < 200 GeV/$$c$$ c . The result extends to lower$$p_\textrm{T}^{\gamma }$$ p T γ and$$x_\textrm{T}^{\gamma } = 2p_\textrm{T}^{\gamma }/\sqrt{s} $$ x T γ = 2 p T γ / s ranges, the lowest$$x_\textrm{T}^{\gamma }$$ x T γ of any isolated photon measurements to date, extending significantly those measured by the ATLAS and CMS experiments towards lower$$p_\textrm{T}^{\gamma }$$ p T γ at the same collision energy with a small overlap between the measurements. The measurement is compared with next-to-leading order perturbative QCD calculations and the results from the ATLAS and CMS experiments as well as with measurements at other collision energies. The measurement and theory prediction are in agreement with each other within the experimental and theoretical uncertainties. 
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  2. Abstract A search for decays to invisible particles of Higgs bosons produced in association with a top-antitop quark pair or a vector boson, which both decay to a fully hadronic final state, has been performed using proton-proton collision data collected at$${\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}}$$ s = 13 Te V by the CMS experiment at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\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}$$ Ge V Higgs boson to invisible particles,$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$ B ( H inv ) , is 0.54 (0.39 expected), assuming standard model production cross sections. The results of this analysis are combined with previous$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$ B ( H inv ) searches carried out at$${\sqrt{s}=7}$$ s = 7 , 8, and 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V in complementary production modes. The combined upper limit at 95% confidence level on$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$ B ( H inv ) is 0.15 (0.08 expected). 
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  3. Abstract A search is reported for charge-parity$$CP$$ CP violation in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D 0 K S 0 K S 0 decays, using data collected in proton–proton collisions at$$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V recorded by the CMS experiment in 2018. The analysis uses a dedicated data set that corresponds to an integrated luminosity of 41.6$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , which consists of about 10 billion events containing a pair of b hadrons, nearly all of which decay to charm hadrons. The flavor of the neutral D meson is determined by the pion charge in the reconstructed decays$${{{\textrm{D}}}^{{*+}}} \rightarrow {{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} $$ D + D 0 π + and$${{{\textrm{D}}}^{{*-}}} \rightarrow {\overline{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D - D ¯ 0 π - . The$$CP$$ CP asymmetry in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D 0 K S 0 K S 0 is measured to be$$A_{CP} ({{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} ) = (6.2 \pm 3.0 \pm 0.2 \pm 0.8)\%$$ A CP ( K S 0 K S 0 ) = ( 6.2 ± 3.0 ± 0.2 ± 0.8 ) % , where the three uncertainties represent the statistical uncertainty, the systematic uncertainty, and the uncertainty in the measurement of the$$CP$$ CP asymmetry in the$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D 0 K S 0 π + π - decay. This is the first$$CP$$ CP asymmetry measurement by CMS in the charm sector as well as the first to utilize a fully hadronic final state. 
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  4. Abstract A search for pair-produced vector-like quarks using events with exactly one lepton (eor$$\mu $$ μ ), at least four jets including at least oneb-tagged jet, and large missing transverse momentum is presented. Data from proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of$$\sqrt{s}=$$ s = 13 $$\text {TeV}$$ TeV , recorded by the ATLAS detector at the LHC from 2015 to 2018 and corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$$^{-1}$$ - 1 , are analysed. Vector-like partnersTandBof the top and bottom quarks are considered, as is a vector-likeXwith charge$$+5/3$$ + 5 / 3 , assuming their decay into aW,Z, or Higgs boson and a third-generation quark. No significant deviations from the Standard Model expectation are observed. Upper limits on the production cross-section ofTandBquark pairs as a function of their mass are derived for various decay branching ratio scenarios. The strongest lower limits on the masses are 1.59 $$\text {TeV}$$ TeV assuming mass-degenerate vector-like quarks and branching ratios corresponding to the weak-isospin doublet model, and 1.47 $$\text {TeV}$$ TeV (1.46 $$\text {TeV}$$ TeV ) for exclusive$$T \rightarrow Zt$$ T Z t ($$B/X \rightarrow Wt$$ B / X W t ) decays. In addition, lower limits on theTandBquark masses are derived for all possible branching ratios. 
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  5. Abstract Leptoquarks ($$\textrm{LQ}$$ LQ s) are hypothetical particles that appear in various extensions of the Standard Model (SM), that can explain observed differences between SM theory predictions and experimental results. The production of these particles has been widely studied at various experiments, most recently at the Large Hadron Collider (LHC), and stringent bounds have been placed on their masses and couplings, assuming the simplest beyond-SM (BSM) hypotheses. However, the limits are significantly weaker for$$\textrm{LQ}$$ LQ models with family non-universal couplings containing enhanced couplings to third-generation fermions. We present a new study on the production of a$$\textrm{LQ}$$ LQ at the LHC, with preferential couplings to third-generation fermions, considering proton-proton collisions at$$\sqrt{s} = 13 \, \textrm{TeV}$$ s = 13 TeV and$$\sqrt{s} = 13.6 \, \textrm{TeV}$$ s = 13.6 TeV . Such a hypothesis is well motivated theoretically and it can explain the recent anomalies in the precision measurements of$$\textrm{B}$$ B -meson decay rates, specifically the$$R_{D^{(*)}}$$ R D ( ) ratios. Under a simplified model where the$$\textrm{LQ}$$ LQ masses and couplings are free parameters, we focus on cases where the$$\textrm{LQ}$$ LQ decays to a$$\tau $$ τ lepton and a$$\textrm{b}$$ b quark, and study how the results are affected by different assumptions about chiral currents and interference effects with other BSM processes with the same final states, such as diagrams with a heavy vector boson,$$\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}$$ LQ masses up to$$5.00\, \textrm{TeV}$$ 5.00 TeV , for the high luminosity LHC scenario. 
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