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This content will become publicly available on August 1, 2024

Title: Search for single production of vector-like T quarks decaying into Ht or Zt in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
A<sc>bstract</sc>

This paper describes a search for the single production of an up-type vector-like quark (T) decaying asTHtorTZt. The search utilises a dataset ofppcollisions at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV collected with the ATLAS detector during the 2015–2018 data-taking period of the Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb1. Data are analysed in final states containing a single lepton with multiple jets andb-jets. The presence of boosted heavy resonances in the event is exploited to discriminate the signal from the Standard Model background. No significant excess above the Standard Model expectation is observed, and 95% CL upper limits are set on the production cross section ofTquarks in different decay channels. The results are interpreted in several benchmark scenarios to set limits on the mass and universal coupling strength (κ) of the vector-like quark. For singletTquarks,κvalues above 0.53 are excluded for all masses below 2.3 TeV. At a mass of 1.6 TeV,κvalues as low as 0.35 are excluded. ForTquarks in the doublet scenario, where the production cross section is much lower,κvalues above 0.72 are excluded for all masses below 1.7 TeV, and this exclusion is extended toκabove 0.55 for low masses around 1.0 TeV.

 
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Award ID(s):
2111244
NSF-PAR ID:
10498448
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:
8
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A<sc>bstract</sc>

    A search for pairs of dijet resonances with the same mass is conducted in final states with at least four jets. Results are presented separately for the case where the four jet production proceeds via an intermediate resonant state and for nonresonant production. The search uses a data sample corresponding to an integrated luminosity of 138 fb1collected by the CMS detector in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV. Model-independent limits, at 95% confidence level, are reported on the production cross section of four-jet and dijet resonances. These first LHC limits on resonant pair production of dijet resonances via high mass intermediate states are applied to a signal model of diquarks that decay into pairs of vector-like quarks, excluding diquark masses below 7.6 TeV for a particular model scenario. There are two events in the tails of the distributions, each with a four-jet mass of 8 TeV and an average dijet mass of 2 TeV, resulting in local and global significances of 3.9 and 1.6 standard deviations, respectively, if interpreted as a signal. The nonresonant search excludes pair production of top squarks with masses between 0.50 TeV to 0.77 TeV, with the exception of a small interval between 0.52 and 0.58 TeV, for supersymmetricR-parity-violating decays to quark pairs, significantly extending previous limits. Here, the most significant excess above the predicted background occurs at an average dijet mass of 0.95 TeV, for which the local and global significances are 3.6 and 2.5 standard deviations, respectively.

     
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  2. 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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  3. A<sc>bstract</sc>

    Three searches are presented for signatures of physics beyond the standard model (SM) inττfinal states in proton-proton collisions at the LHC, using a data sample collected with the CMS detector at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb1. Upper limits at 95% confidence level (CL) are set on the products of the branching fraction for the decay intoτleptons and the cross sections for the production of a new bosonϕ, in addition to the H(125) boson, via gluon fusion (ggϕ) or in association with b quarks, ranging from$$ \mathcal{O} $$O(10 pb) for a mass of 60 GeV to 0.3 fb for a mass of 3.5 TeV each. The data reveal two excesses for ggϕproduction with localp-values equivalent to about three standard deviations atmϕ= 0.1 and 1.2 TeV. In a search fort-channel exchange of a vector leptoquark U1, 95% CL upper limits are set on the dimensionless U1leptoquark coupling to quarks andτleptons ranging from 1 for a mass of 1 TeV to 6 for a mass of 5 TeV, depending on the scenario. In the interpretations of the$$ {M}_{\textrm{h}}^{125} $$Mh125and$$ {M}_{\textrm{h},\textrm{EFT}}^{125} $$Mh,EFT125minimal supersymmetric SM benchmark scenarios, additional Higgs bosons with masses below 350 GeV are excluded at 95% CL.

     
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  4. A<sc>bstract</sc>

    A search for supersymmetry targeting the direct production of winos and higgsinos is conducted in final states with either two leptons (eorμ) with the same electric charge, or three leptons. The analysis uses 139 fb1ofppcollision data at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV collected with the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider. No significant excess over the Standard Model expectation is observed. Simplified and complete models with and withoutR-parity conservation are considered. In topologies with intermediate states including eitherWhorWZpairs, wino masses up to 525 GeV and 250 GeV are excluded, respectively, for a bino of vanishing mass. Higgsino masses smaller than 440 GeV are excluded in a naturalR-parity-violating model with bilinear terms. Upper limits on the production cross section of generic events beyond the Standard Model as low as 40 ab are obtained in signal regions optimised for these models and also for anR-parity-violating scenario with baryon-number-violating higgsino decays into top quarks and jets. The analysis significantly improves sensitivity to supersymmetric models and other processes beyond the Standard Model that may contribute to the considered final states.

     
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  5. A<sc>bstract</sc>

    A search for pair-produced scalar and vector leptoquarks decaying into quarks and leptons of different generations is presented. It uses the full LHC Run 2 (2015–2018) data set of 139 fb1collected with the ATLAS detector in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV. Scalar leptoquarks with charge −(1/3)eas well as scalar and vector leptoquarks with charge +(2/3)eare considered. All possible decays of the pair-produced leptoquarks into quarks of the third generation (t, b) and charged or neutral leptons of the first or second generation (e, μ, ν) with exactly one electron or muon in the final state are investigated. No significant deviations from the Standard Model expectation are observed. Upper limits on the production cross-section are provided for eight models as a function of the leptoquark mass and the branching ratio of the leptoquark into the charged or neutral lepton. In addition, lower limits on the leptoquark masses are derived for all models across a range of branching ratios. Two of these models have the goal of providing an explanation for the recentB-anomalies. In both models, a vector leptoquark decays into charged and neutral leptons of the second generation with a similar branching fraction. Lower limits of 1980 GeV and 1710 GeV are set on the leptoquark mass for these two models.

     
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