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Title: Search for dark matter produced in association with a dark Higgs boson decaying into W+W− in the one-lepton final state at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV using 139 fb−1 of pp collisions recorded with the ATLAS detector
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$$ {\ell}^{\pm}\nu q{\overline{q}}^{\prime }, $$ ± νq q ¯ , final states withℓ=e, μis presented. This analysis uses 139 fb−1ofppcollisions recorded by the ATLAS detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV. TheW±→$$ q\overline{q^{\prime }} $$ q q ¯ 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.  more » « less
Award ID(s):
2111244
PAR ID:
10498435
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:
7
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A<sc>bstract</sc> In this paper we explorepp→W±(ℓ±ν)γto$$ \mathcal{O}\left(1/{\Lambda}^4\right) $$ O 1 / Λ 4 in the SMEFT expansion. Calculations to this order are necessary to properly capture SMEFT contributions that grow with energy, as the interference between energy-enhanced SMEFT effects at$$ \mathcal{O}\left(1/{\Lambda}^2\right) $$ O 1 / Λ 2 and the Standard Model is suppressed. We find that there are several dimension eight operators that interfere with the Standard Model and lead to the same energy growth, ~$$ \mathcal{O}\left({E}^4/{\Lambda}^4\right) $$ O E 4 / Λ 4 , as dimension six squared. While energy-enhanced SMEFT contributions are a main focus, our calculation includes the complete set of$$ \mathcal{O}\left(1/{\Lambda}^4\right) $$ O 1 / Λ 4 SMEFT effects consistent with U(3)5flavor symmetry. Additionally, we include the decay of theW±→ ℓ±ν, making the calculation actually$$ \overline{q}{q}^{\prime}\to {\ell}^{\pm}\nu \gamma $$ q ¯ q ± νγ . As such, we are able to study the impact of non-resonant SMEFT operators, such as$$ \left({L}^{\dagger }{\overline{\sigma}}^{\mu }{\tau}^IL\right)\left({Q}^{\dagger }{\overline{\sigma}}^{\nu }{\tau}^IQ\right) $$ L σ ¯ μ τ I L Q σ ¯ ν τ I Q Bμν, which contribute to$$ \overline{q}{q}^{\prime}\to {\ell}^{\pm}\nu \gamma $$ q ¯ q ± νγ directly and not to$$ \overline{q}{q}^{\prime}\to {W}^{\pm}\gamma $$ q ¯ q W ± γ . We show several distributions to illustrate the shape differences of the different contributions. 
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  2. 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$$ \nu \overline{\nu}b\overline{b} $$ ν ν ¯ b b ¯ ,$$ {\ell}^{+}{\ell}^{-}b\overline{b} $$ + b b ¯ , or$$ {\ell}^{\pm}\nu b\overline{b} $$ ± νb b ¯ final states, whereℓ=eorμ, in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data used correspond to a total integrated luminosity of 139 fb−1collected 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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  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 fb−1of 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 ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ ) pair, or a light-flavor quark-antiquark ($$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$ q q ¯ ) pair and a virtual or on-shell W boson. The main backgrounds,$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ 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$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ pair (a$$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$ q q ¯ 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. 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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  5. A<sc>bstract</sc> A study of the Higgs boson decaying into bottom quarks (H→$$ b\overline{b} $$ b b ¯ ) and charm quarks (H→$$ c\overline{c} $$ c c ¯ ) is performed, in the associated production channel of the Higgs boson with aWorZboson, using 140 fb−1of proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the ATLAS detector. The individual production ofWHandZHwithH→$$ b\overline{b} $$ b b ¯ is established with observed (expected) significances of 5.3 (5.5) and 4.9 (5.6) standard deviations, respectively. Differential cross-section measurements of the gauge boson transverse momentum within the simplified template cross-section framework are performed in a total of 13 kinematical fiducial regions. The search for theH→$$ c\overline{c} $$ c c ¯ decay yields an observed (expected) upper limit at 95% confidence level of 11.5 (10.6) times the Standard Model prediction. The results are also used to set constraints on the charm coupling modifier, resulting in|κc| <4.2 at 95% confidence level. Combining theH→$$ b\overline{b} $$ b b ¯ andH→$$ c\overline{c} $$ c c ¯ measurements constrains the absolute value of the ratio of Higgs-charm and Higgs-bottom coupling modifiers (|κcb|) to be less than 3.6 at 95% confidence level. 
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