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Title: Search for pair-produced vector-like top and bottom partners in events with large missing transverse momentum in pp collisions with the ATLAS detector
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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Award ID(s):
2111244
PAR ID:
10498442
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
83
Issue:
8
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract

    A search for decays to invisible particles of Higgs bosons produced in association with a top-antitop quark pair or a vector boson, which both decay to a fully hadronic final state, has been performed using proton-proton collision data collected at$${\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}}$$s=13TeVby the CMS experiment at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1. The 95% confidence level upper limit set on the branching fraction of the 125$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$GeVHiggs boson to invisible particles,$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$B(Hinv), is 0.54 (0.39 expected), assuming standard model production cross sections. The results of this analysis are combined with previous$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$B(Hinv)searches carried out at$${\sqrt{s}=7}$$s=7, 8, and 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$TeVin complementary production modes. The combined upper limit at 95% confidence level on$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$B(Hinv)is 0.15 (0.08 expected).

     
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  2. 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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  3. Abstract

    A search for exotic decays of the Higgs boson ($$\text {H}$$H) with a mass of 125$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$GeVto a pair of light pseudoscalars$$\text {a}_{1} $$a1is performed in final states where one pseudoscalar decays to two$${\textrm{b}}$$bquarks and the other to a pair of muons or$$\tau $$τleptons. A data sample of proton–proton collisions at$$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$s=13TeVcorresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1recorded with the CMS detector is analyzed. No statistically significant excess is observed over the standard model backgrounds. Upper limits are set at 95% confidence level ($$\text {CL}$$CL) on the Higgs boson branching fraction to$$\upmu \upmu \text{ b } \text{ b } $$μμbband to$$\uptau \uptau \text{ b } \text{ b },$$ττbb,via a pair of$$\text {a}_{1} $$a1s. The limits depend on the pseudoscalar mass$$m_{\text {a}_{1}}$$ma1and are observed to be in the range (0.17–3.3) $$\times 10^{-4}$$×10-4and (1.7–7.7) $$\times 10^{-2}$$×10-2in the$$\upmu \upmu \text{ b } \text{ b } $$μμbband$$\uptau \uptau \text{ b } \text{ b } $$ττbbfinal states, respectively. In the framework of models with two Higgs doublets and a complex scalar singlet (2HDM+S), the results of the two final states are combined to determine upper limits on the branching fraction$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} \rightarrow \ell \ell \text{ b } \text{ b})$$B(Ha1a1bb)at 95%$$\text {CL}$$CL, with$$\ell $$being a muon or a$$\uptau $$τlepton. For different types of 2HDM+S, upper bounds on the branching fraction$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} )$$B(Ha1a1)are extracted from the combination of the two channels. In most of the Type II 2HDM+S parameter space,$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} )$$B(Ha1a1)values above 0.23 are excluded at 95%$$\text {CL}$$CLfor$$m_{\text {a}_{1}}$$ma1values between 15 and 60$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$GeV.

     
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  4. Abstract

    Using proton–proton collision data corresponding to an integrated luminosity of$$140\hbox { fb}^{-1}$$140fb-1collected by the CMS experiment at$$\sqrt{s}= 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$s=13TeV, the$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} $$Λb0J/ψΞ-K+decay is observed for the first time, with a statistical significance exceeding 5 standard deviations. The relative branching fraction, with respect to the$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} $$Λb0ψ(2S)Λdecay, is measured to be$$\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} )/\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} ) = [3.38\pm 1.02\pm 0.61\pm 0.03]\%$$B(Λb0J/ψΞ-K+)/B(Λb0ψ(2S)Λ)=[3.38±1.02±0.61±0.03]%, where the first uncertainty is statistical, the second is systematic, and the third is related to the uncertainties in$$\mathcal {B}({{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\uppi }} ^{{+}}} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$B(ψ(2S)J/ψπ+π-)and$$\mathcal {B}({{{\Xi }} ^{{-}}} \rightarrow {{\Lambda }} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$B(Ξ-Λπ-).

     
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  5. Abstract

    A search for leptoquark pair production decaying into$$te^- \bar{t}e^+$$te-t¯e+or$$t\mu ^- \bar{t}\mu ^+$$tμ-t¯μ+in final states with multiple leptons is presented. The search is based on a dataset ofppcollisions at$$\sqrt{s}=13~\text {TeV} $$s=13TeVrecorded with the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$$^{-1}$$-1. Four signal regions, with the requirement of at least three light leptons (electron or muon) and at least two jets out of which at least one jet is identified as coming from ab-hadron, are considered based on the number of leptons of a given flavour. The main background processes are estimated using dedicated control regions in a simultaneous fit with the signal regions to data. No excess above the Standard Model background prediction is observed and 95% confidence level limits on the production cross section times branching ratio are derived as a function of the leptoquark mass. Under the assumption of exclusive decays into$$te^{-}$$te-($$t\mu ^{-}$$tμ-), the corresponding lower limit on the scalar mixed-generation leptoquark mass$$m_{\textrm{LQ}_{\textrm{mix}}^{\textrm{d}}}$$mLQmixdis at 1.58 (1.59) TeV and on the vector leptoquark mass$$m_{{\tilde{U}}_1}$$mU~1at 1.67 (1.67) TeV in the minimal coupling scenario and at 1.95 (1.95) TeV in the Yang–Mills scenario.

     
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