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Title: Search for a high-mass dimuon resonance produced in association with b quark jets at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
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 fb−1at 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$$ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $$ m Z = 350 GeV (2 TeV) and|δbs|< 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 <$$ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $$ m Z < 500 GeV, while the constraints are less stringent for higher$$ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $$ m Z hypotheses. 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.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10472480
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:
10
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract The double differential cross sections of the Drell–Yan lepton pair ($$\ell ^+\ell ^-$$ + - , dielectron or dimuon) production are measured as functions of the invariant mass$$m_{\ell \ell }$$ m , transverse momentum$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ p T ( ) , and$$\varphi ^{*}_{\eta }$$ φ η . The$$\varphi ^{*}_{\eta }$$ φ η observable, derived from angular measurements of the leptons and highly correlated with$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ p T ( ) , is used to probe the low-$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ p T ( ) region in a complementary way. Dilepton masses up to 1$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$ Te V are investigated. Additionally, a measurement is performed requiring at least one jet in the final state. To benefit from partial cancellation of the systematic uncertainty, the ratios of the differential cross sections for various$$m_{\ell \ell }$$ m ranges to those in the Z mass peak interval are presented. The collected data correspond to an integrated luminosity of 36.3$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 of proton–proton collisions recorded with the CMS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$ Te V . Measurements are compared with predictions based on perturbative quantum chromodynamics, including soft-gluon resummation. 
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  2. A<sc>bstract</sc> A search is presented for the decay of the 125 GeV Higgs boson (H) to a pair of new light pseudoscalar bosons (a), followed by the prompt decay of each a boson to a bottom quark-antiquark pair,$$ \textrm{H}\to \textrm{aa}\to \textrm{b}\overline{\textrm{b}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ H aa b b ¯ b b ¯ . The analysis is performed using a data sample of proton-proton collisions collected with the CMS detector at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. To reduce the background from standard model processes, the search requires the Higgs boson to be produced in association with a leptonically decaying W or Z boson. The analysis probes the production of new light bosons in a 15 <ma< 60 GeV mass range. Assuming the standard model predictions for the Higgs boson production cross sections for pp → WH and ZH, model independent upper limits at 95% confidence level are derived for the branching fraction$$ \mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \textrm{aa}\to \textrm{b}\overline{\textrm{b}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}}\right) $$ B H aa b b ¯ b b ¯ . The combined WH and ZH observed upper limit on the branching fraction ranges from 1.10 forma= 20 GeV to 0.36 forma= 60 GeV, complementing other measurements in theμμττ,ττττand bbℓℓ(ℓ=μ,τ) channels. 
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  3. A<sc>bstract</sc> A search for W′ bosons decaying to a top and a bottom quark in final states including an electron or a muon is performed with the CMS detector at the LHC. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV. Good agreement with the standard model expectation is observed and no evidence for the existence of the W′ boson is found over the mass range examined. The largest observed deviation from the standard model expectation is found for a W′ boson mass ($$ {m}_{{\textrm{W}}^{\prime }} $$ m W ) hypothesis of 3.8 TeV with a relative decay width of 1%, with a local (global) significance of 2.6 (2.0) standard deviations. Upper limits on the production cross sections of W′ bosons decaying to a top and a bottom quark are set. Left- and right-handed W′ bosons with$$ {m}_{{\textrm{W}}^{\prime }} $$ m W below 3.9 and 4.3 TeV, respectively, are excluded at the 95% confidence level, under the assumption that the new particle has a narrow decay width. Limits are also set for relative decay widths up to 30%. 
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  4. Abstract A model based on a$$U(1)_{T^3_R}$$ U ( 1 ) T R 3 extension of the Standard Model can address the mass hierarchy between generations of fermions, explain thermal dark matter abundance, and the muon$$g - 2$$ g - 2 ,$$R_{(D)}$$ R ( D ) , and$$R_{(D^*)}$$ R ( D ) anomalies. The model contains a light scalar boson$$\phi '$$ ϕ and a heavy vector-like quark$$\chi _\textrm{u}$$ χ u that can be probed at CERN’s large hadron collider (LHC). We perform a phenomenology study on the production of$$\phi '$$ ϕ and$${\chi }_u$$ χ u particles from proton–proton$$(\textrm{pp})$$ ( pp ) collisions at the LHC at$$\sqrt{s}=13.6$$ s = 13.6 TeV, primarily through$$g{-g}$$ g - g and$$t{-\chi _\textrm{u}}$$ t - χ u fusion. We work under a simplified model approach and directly take the$$\chi _\textrm{u}$$ χ u and$$\phi '$$ ϕ masses as free parameters. We perform a phenomenological analysis considering$$\chi _\textrm{u}$$ χ u final states to b-quarks, muons, and neutrinos, and$$\phi '$$ ϕ decays to$$\mu ^+\mu ^-$$ μ + μ - . A machine learning algorithm is used to maximize the signal sensitivity, considering an integrated luminosity of 3000$$\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The proposed methodology can be a key mode for discovery over a large mass range, including low masses, traditionally considered difficult due to experimental constraints. 
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  5. A<sc>bstract</sc> A search for the fully reconstructed$$ {B}_s^0 $$ B s 0 → μ+μγdecay is performed at the LHCb experiment using proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb−1. No significant signal is found and upper limits on the branching fraction in intervals of the dimuon mass are set$$ {\displaystyle \begin{array}{cc}\mathcal{B}\left({B}_s^0\to {\mu}^{+}{\mu}^{-}\gamma \right)<4.2\times {10}^{-8},& m\left({\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)\in \left[2{m}_{\mu },1.70\right]\textrm{GeV}/{c}^2,\\ {}\mathcal{B}\left({B}_s^0\to {\mu}^{+}{\mu}^{-}\gamma \right)<7.7\times {10}^{-8},&\ m\left({\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)\in \left[\textrm{1.70,2.88}\right]\textrm{GeV}/{c}^2,\\ {}\mathcal{B}\left({B}_s^0\to {\mu}^{+}{\mu}^{-}\gamma \right)<4.2\times {10}^{-8},& m\left({\mu}^{+}{\mu}^{-}\right)\in \left[3.92,{m}_{B_s^0}\right]\textrm{GeV}/{c}^2,\end{array}} $$ B B s 0 μ + μ γ < 4.2 × 10 8 , m μ + μ 2 m μ 1.70 GeV / c 2 , B B s 0 μ + μ γ < 7.7 × 10 8 , m μ + μ 1.70, 2.88 GeV / c 2 , B B s 0 μ + μ γ < 4.2 × 10 8 , m μ + μ 3.92 m B s 0 GeV / c 2 , at 95% confidence level. Additionally, upper limits are set on the branching fraction in the [2mμ,1.70] GeV/c2dimuon mass region excluding the contribution from the intermediateϕ(1020) meson, and in the region combining all dimuon-mass intervals. 
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