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This content will become publicly available on June 1, 2024

Title: Search for heavy resonances decaying into a Z or W boson and a Higgs boson in final states with leptons and b-jets in 139 fb−1 of pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
A<sc>bstract</sc>

This article presents a search for new resonances decaying into aZorWboson and a 125 GeV Higgs bosonh, and it targets the$$ \nu \overline{\nu}b\overline{b} $$νν¯bb¯,$$ {\ell}^{+}{\ell}^{-}b\overline{b} $$+bb¯, or$$ {\ell}^{\pm}\nu b\overline{b} $$±νbb¯final states, where=eorμ, in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV. The data used correspond to a total integrated luminosity of 139 fb1collected by the ATLAS detector during Run 2 of the LHC at CERN. The search is conducted by examining the reconstructed invariant or transverse mass distributions ofZhorWhcandidates for evidence of a localised excess in the mass range from 220 GeV to 5 TeV. No significant excess is observed and 95% confidence-level upper limits between 1.3 pb and 0.3 fb are placed on the production cross section times branching fraction of neutral and charged spin-1 resonances and CP-odd scalar bosons. These limits are converted into constraints on the parameter space of the Heavy Vector Triplet model and the two-Higgs-doublet model.

 
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Award ID(s):
2111244
NSF-PAR ID:
10498422
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:
6
ISSN:
1029-8479
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. 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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  3. 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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  4. Abstract

    This paper presents a search for dark matter,$$\chi $$χ, using events with a single top quark and an energeticWboson. The analysis is based on proton–proton collision data collected with the ATLAS experiment at$$\sqrt{s}=$$s=13 TeV during LHC Run 2 (2015–2018), corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$$^{-1}$$-1. The search considers final states with zero or one charged lepton (electron or muon), at least oneb-jet and large missing transverse momentum. In addition, a result from a previous search considering two-charged-lepton final states is included in the interpretation of the results. The data are found to be in good agreement with the Standard Model predictions and the results are interpreted in terms of 95% confidence-level exclusion limits in the context of a class of dark matter models involving an extended two-Higgs-doublet sector together with a pseudoscalar mediator particle. The search is particularly sensitive to on-shell production of the charged Higgs boson state,$$H^{\pm }$$H±, arising from the two-Higgs-doublet mixing, and its semi-invisible decays via the mediator particle,a:$$H^{\pm } \rightarrow W^\pm a (\rightarrow \chi \chi )$$H±W±a(χχ). Signal models with$$H^{\pm }$$H±masses up to 1.5 TeV andamasses up to 350 GeV are excluded assuming a$$\tan \beta $$tanβvalue of 1. For masses ofaof 150 (250) GeV,$$\tan \beta $$tanβvalues up to 2 are excluded for$$H^{\pm }$$H±masses between 200 (400) GeV and 1.5 TeV. Signals with$$\tan \beta $$tanβvalues between 20 and 30 are excluded for$$H^{\pm }$$H±masses between 500 and 800 GeV.

     
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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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