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Title: Search for direct production of winos and higgsinos in events with two same-charge leptons or three leptons in pp collision data at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
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 fb−1ofppcollision 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.  more » « less
Award ID(s):
2111244
PAR ID:
10498451
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:
11
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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 fb−1. 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$$ {M}_{\textrm{h}}^{125} $$ M h 125 and$$ {M}_{\textrm{h},\textrm{EFT}}^{125} $$ M h , EFT 125 minimal supersymmetric SM benchmark scenarios, additional Higgs bosons with masses below 350 GeV are excluded at 95% CL. 
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  2. A<sc>bstract</sc> A search for new heavy scalars with flavour-violating decays in final states with multiple leptons andb-tagged jets is presented. The results are interpreted in terms of a general two-Higgs-doublet model involving an additional scalar with couplings to the top-quark and the three up-type quarks (ρtttc, andρtu). The targeted signals lead to final states with either a same-sign top-quark pair, three top-quarks, or four top-quarks. The search is based on a data sample of proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded with the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb−1. Events are categorised depending on the multiplicity of light charged leptons (electrons or muons), total lepton charge, and a deep-neural-network output to enhance the purity of each of the signals. Masses of an additional scalar bosonmHbetween 200 − 630 GeV with couplingsρtt= 0.4,ρtc= 0.2, andρtu= 0.2 are excluded at 95% confidence level. Additional interpretations are provided in models ofR-parity violating supersymmetry, motivated by the recent flavour and (g −2)μanomalies. 
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  3. A<sc>bstract</sc> A search for long-lived particles decaying into hadrons is presented. The analysis uses 139 fb−1ofppcollision data collected at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the ATLAS detector at the LHC using events that contain multiple energetic jets and a displaced vertex. The search employs dedicated reconstruction techniques that significantly increase the sensitivity to long-lived particles decaying in the ATLAS inner detector. Background estimates for Standard Model processes and instrumental effects are extracted from data. The observed event yields are compatible with those expected from background processes. The results are used to set limits at 95% confidence level on model-independent cross sections for processes beyond the Standard Model, and on scenarios with pair-production of supersymmetric particles with long-lived electroweakinos that decay via a smallR-parity-violating coupling. The pair-production of electroweakinos with masses below 1.5 TeV is excluded for mean proper lifetimes in the range from 0.03 ns to 1 ns. When produced in the decay of$$ m\left(\overset{\sim }{g}\right) $$ m g ~ = 2.4 TeV gluinos, electroweakinos with$$ m\left({\overset{\sim }{\chi}}_1^0\right) $$ m χ ~ 1 0 = 1.5 TeV are excluded with lifetimes in the range of 0.02 ns to 4 ns. 
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  4. A<sc>bstract</sc> A search is reported for heavy resonances and quantum black holes decaying into eμ, eτ, and μτ final states in proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at the CERN LHC during 2016–2018 at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. The eμ, eτ, and μτ invariant mass spectra are reconstructed, and no evidence is found for physics beyond the standard model. Upper limits are set at 95% confidence level on the product of the cross section and branching fraction for lepton flavor violating signals. Three benchmark signals are studied: resonant τ sneutrino production inRparity violating supersymmetric models, heavy Z′ gauge bosons with lepton flavor violating decays, and nonresonant quantum black hole production in models with extra spatial dimensions. Resonant τ sneutrinos are excluded for masses up to 4.2TeV in the eμ channel, 3.7TeV in the eτ channel, and 3.6TeV in the μτ channel. A Z′ boson with lepton flavor violating couplings is excluded up to a mass of 5.0TeV in the eμ channel, up to 4.3Te V in the eτ channel, and up to 4.1TeV in the μτ channel. Quantum black holes in the benchmark model are excluded up to the threshold mass of 5.6TeV in the eμ channel, 5.2TeV in the eτ channel, and 5.0TeV in the μτ channel. In addition, model-independent limits are extracted to allow comparisons with other models for the same final states and similar event selection requirements. The results of these searches provide the most stringent limits available from collider experiments for heavy particles that undergo lepton flavor violating decays. 
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  5. A<sc>bstract</sc> A search for dark matter produced in association with a Higgs boson in final states with two hadronically decayingτ-leptons and missing transverse momentum is presented. The analysis uses 139 fb−1of proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider between 2015 and 2018. No evidence of physics beyond the Standard Model is found. The results are interpreted in terms of a 2HDM+amodel featuring two scalar Higgs doublets and a pseudoscalar singlet field. Exclusion limits on the parameters of the model in selected benchmark scenarios are derived at 95% confidence level. Model-independent limits are also set on the visible cross-section for processes beyond the Standard Model producing missing transverse momentum in association with a Higgs boson decaying intoτ-leptons. 
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