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Title: Search for supersymmetry in final states with a single electron or muon using angular correlations and heavy-object identification in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
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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Award ID(s):
2121686
NSF-PAR ID:
10472479
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:
9
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A<sc>bstract</sc>

    A measurement of the top quark pole mass$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$mtpolein events where a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯) is produced in association with at least one additional jet ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯+jet) is presented. This analysis is performed using proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV collected by the CMS experiment at the CERN LHC, corresponding to a total integrated luminosity of 36.3 fb1. Events with two opposite-sign leptons in the final state (e+e,μ+μ, e±μ) are analyzed. The reconstruction of the main observable and the event classification are optimized using multivariate analysis techniques based on machine learning. The production cross section is measured as a function of the inverse of the invariant mass of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯+jet system at the parton level using a maximum likelihood unfolding. Given a reference parton distribution function (PDF), the top quark pole mass is extracted using the theoretical predictions at next-to-leading order. For the ABMP16NLO PDF, this results in$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$mtpole= 172.93±1.36 GeV.

     
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  2. 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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  3. A<sc>bstract</sc>

    Several extensions of the Standard Model predict the production of dark matter particles at the LHC. A search for dark matter particles produced in association with a dark Higgs boson decaying intoW+Win the$$ {\ell}^{\pm}\nu q{\overline{q}}^{\prime }, $$±νqq¯,final states with=e, μis presented. This analysis uses 139 fb1ofppcollisions recorded by the ATLAS detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV. TheW±$$ q\overline{q^{\prime }} $$qq¯decays are reconstructed from pairs of calorimeter-measured jets or from track-assisted reclustered jets, a technique aimed at resolving the dense topology from a pair of boosted quarks using jets in the calorimeter and tracking information. The observed data are found to agree with Standard Model predictions. Scenarios with dark Higgs boson masses ranging between 140 and 390 GeV are excluded.

     
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  4. A<sc>bstract</sc>

    Measurements of the inclusive and normalised differential cross sections are presented for the production of single top quarks in association with a W boson in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The data used were recorded with the CMS detector at the LHC during 2016–2018, and correspond to an integrated luminosity of 138 fb1. Events containing one electron and one muon in the final state are analysed. For the inclusive measurement, a multivariate discriminant, exploiting the kinematic properties of the events is used to separate the signal from the dominant$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$tt¯background. A cross section of$$ 79.2\pm 0.9{\left(\textrm{stat}\right)}_{-8.0}^{+7.7}\left(\textrm{syst}\right)\pm 1.2\left(\textrm{lumi}\right) $$79.2±0.9stat8.0+7.7syst±1.2lumipb is obtained, consistent with the predictions of the standard model. For the differential measurements, a fiducial region is defined according to the detector acceptance, and the requirement of exactly one jet coming from the fragmentation of a bottom quark. The resulting distributions are unfolded to particle level and agree with the predictions at next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics.

     
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  5. A<sc>bstract</sc>

    A search for high-mass dimuon resonance production in association with one or more b quark jets is presented. The study uses proton-proton collision data collected with the CMS detector at the LHC corresponding to an integrated luminosity of 138 fb1at a center-of-mass energy of 13 TeV. Model-independent limits are derived on the number of signal events with exactly one or more than one b quark jet. Results are also interpreted in a lepton-flavor-universal model with Z′ boson couplings to a bb quark pair (gb), an sb quark pair (gbδbs), and any same-flavor charged lepton (g) or neutrino pair (gν), with|gν|=|g|. For a Z′ boson with a mass$$ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $$mZ= 350 GeV (2 TeV) andbs|< 0.25, the majority of the parameter space with 0.0057 <|g|< 0.35 (0.25 <|g|< 0.43) and 0.0079 < |gb| < 0.46 (0.34 < |gb| < 0.57) is excluded at 95% confidence level. Finally, constraints are set on a Z′ model with parameters consistent with low-energy b → sℓℓmeasurements. In this scenario, most of the allowed parameter space is excluded for a Z′ boson with 350 <$$ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $$mZ< 500 GeV, while the constraints are less stringent for higher$$ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $$mZhypotheses. This is the first dedicated search at the LHC for a high-mass dimuon resonance produced in association with multiple b quark jets, and the constraints obtained on models with this signature are the most stringent to date.

     
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