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  • Search for physics beyond the standard model in top quark production with additional leptons in the context of effective field theory
Title: Search for physics beyond the standard model in top quark production with additional leptons in the context of effective field theory
A<sc>bstract</sc> A search for new physics in top quark production with additional final-state leptons is performed using data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV at the LHC during 2016–2018. The data set corresponds to an integrated luminosity of 138 fb−1. Using the framework of effective field theory (EFT), potential new physics effects are parametrized in terms of 26 dimension-six EFT operators. The impacts of EFT operators are incorporated through the event-level reweighting of Monte Carlo simulations, which allows for detector-level predictions. The events are divided into several categories based on lepton multiplicity, total lepton charge, jet multiplicity, and b-tagged jet multiplicity. Kinematic variables corresponding to the transverse momentum (pT) of the leading pair of leptons and/or jets as well as thepTof on-shell Z bosons are used to extract the 95% confidence intervals of the 26 Wilson coefficients corresponding to these EFT operators. No significant deviation with respect to the standard model prediction is found.  more » « less
Award ID(s):
2209764 2121686
PAR ID:
10516394
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:
12
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    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. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A measurement of the top quark pole mass$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$ m t pole in events where a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ ) is produced in association with at least one additional jet ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ +jet) is presented. This analysis is performed using proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the CMS experiment at the CERN LHC, corresponding to a total integrated luminosity of 36.3 fb−1. Events with two opposite-sign leptons in the final state (e+e−,μ+μ−, e±μ∓) are analyzed. The reconstruction of the main observable and the event classification are optimized using multivariate analysis techniques based on machine learning. The production cross section is measured as a function of the inverse of the invariant mass of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ +jet system at the parton level using a maximum likelihood unfolding. Given a reference parton distribution function (PDF), the top quark pole mass is extracted using the theoretical predictions at next-to-leading order. For the ABMP16NLO PDF, this results in$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$ m t pole = 172.93±1.36 GeV. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The polarization ofτleptons is measured using leptonic and hadronicτlepton decays in Z →τ+τ−events in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded by CMS at the CERN LHC with an integrated luminosity of 36.3 fb−1. The measuredτ−lepton polarization at the Z boson mass pole is$$ {\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ P τ Z = −0.144 ± 0.006 (stat) ± 0.014 (syst) = −0.144 ± 0.015, in good agreement with the measurement of theτlepton asymmetry parameter ofAτ= 0.1439 ± 0.0043 =$$ -{\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ − P τ Z at LEP. Theτlepton polarization depends on the ratio of the vector to axial-vector couplings of theτleptons in the neutral current expression, and thus on the effective weak mixing angle sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff , independently of the Z boson production mechanism. The obtained value sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff = 0.2319 ± 0.0008(stat) ± 0.0018(syst) = 0.2319 ± 0.0019 is in good agreement with measurements ate+e−colliders. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for long-lived heavy neutral leptons (HNLs) using proton-proton collision data corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1collected at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV with the CMS detector at the CERN LHC is presented. Events are selected with a charged lepton originating from the primary vertex associated with the proton-proton interaction, as well as a second charged lepton and a hadronic jet associated with a secondary vertex that corresponds to the semileptonic decay of a long-lived HNL. No excess of events above the standard model expectation is observed. Exclusion limits at 95% confidence level are evaluated for HNLs that mix with electron and/or muon neutrinos. Limits are presented in the mass range of 1–16.5 GeV, with excluded square mixing parameter values reaching as low as 2 × 10−7. For masses above 11 GeV, the presented limits exceed all previous results in the semileptonic decay channel, and for some of the considered scenarios are the strongest to date. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Measurements of inclusive charged-particle jet production in pp and p-Pb collisions at center-of-mass energy per nucleon-nucleon collision$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 5.02 TeV and the corresponding nuclear modification factor$$ {R}_{\textrm{pPb}}^{\textrm{ch}\ \textrm{jet}} $$ R pPb ch jet are presented, using data collected with the ALICE detector at the LHC. Jets are reconstructed in the central rapidity region |ηjet|<0.5 from charged particles using the anti-kTalgorithm with resolution parametersR= 0.2, 0.3, and 0.4. ThepT-differential inclusive production cross section of charged-particle jets, as well as the corresponding cross section ratios, are reported for pp and p-Pb collisions in the transverse momentum range 10<$$ {p}_{\textrm{T},\textrm{jet}}^{\textrm{ch}} $$ p T , jet ch <140 GeV/cand 10<$$ {p}_{\textrm{T},\textrm{jet}}^{\textrm{ch}} $$ p T , jet ch <160 GeV/c, respectively, together with the nuclear modification factor$$ {R}_{\textrm{pPb}}^{\textrm{ch}\ \textrm{jet}} $$ R pPb ch jet in the range 10<$$ {p}_{\textrm{T},\textrm{jet}}^{\textrm{ch}} $$ p T , jet ch <140 GeV/c. The analysis extends thepTrange of the previously-reported charged-particle jet measurements by the ALICE Collaboration. The nuclear modification factor is found to be consistent with one and independent of the jet resolution parameter with the improved precision of this study, indicating that the possible influence of cold nuclear matter effects on the production cross section of charged-particle jets in p-Pb collisions at$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 5.02 TeV is smaller than the current precision. The obtained results are in agreement with other minimum bias jet measurements available for RHIC and LHC energies, and are well reproduced by the NLO perturbative QCD Powhegcalculations with parton shower provided by Pythia8 as well as by Jetscapesimulations. 
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