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This content will become publicly available on October 1, 2024

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 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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Award ID(s):
2121686
NSF-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$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$pT(), and$$\varphi ^{*}_{\eta }$$φη. The$$\varphi ^{*}_{\eta }$$φηobservable, derived from angular measurements of the leptons and highly correlated with$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$pT(), is used to probe the low-$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$pT()region in a complementary way. Dilepton masses up to 1$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$TeVare 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$$m_{\ell \ell }$$mranges 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-1of proton–proton collisions recorded with the CMS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$TeV. Measurements are compared with predictions based on perturbative quantum chromodynamics, including soft-gluon resummation.

     
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  2. 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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  3. 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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  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 $$\text {TeV}$$TeVassuming 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$$T \rightarrow Zt$$TZt($$B/X \rightarrow Wt$$B/XWt) decays. In addition, lower limits on theTandBquark masses are derived for all possible branching ratios.

     
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  5. Abstract

    Measurements of the associated production of a W boson and a charm ($${\text {c}}$$c) quark in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of 8$$\,\text {TeV}$$TeVare reported. The analysis uses a data sample corresponding to a total integrated luminosity of 19.7$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1collected by the CMS detector at the LHC. The W bosons are identified through their leptonic decays to an electron or a muon, and a neutrino. Charm quark jets are selected using distinctive signatures of charm hadron decays. The product of the cross section and branching fraction$$\sigma (\text {p}\text {p}\rightarrow \text {W}+ {\text {c}}+ \text {X}) {\mathcal {B}}(\text {W}\rightarrow \ell \upnu )$$σ(ppW+c+X)B(Wν), where$$\ell = \text {e}$$=eor$$\upmu $$μ, and the cross section ratio$$\sigma (\text {p}\text {p}\rightarrow {{\text {W}}^{+} + \bar{{\text {c}}} + \text {X}}) / \sigma (\text {p}\text {p}\rightarrow {{\text {W}}^{-} + {\text {c}}+ \text {X}})$$σ(ppW++c¯+X)/σ(ppW-+c+X)are measured in a fiducial volume and differentially as functions of the pseudorapidity and of the transverse momentum of the lepton from the W boson decay. The results are compared with theoretical predictions. The impact of these measurements on the determination of the strange quark distribution is assessed.

     
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