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  • Search for vector-boson resonances decaying into a top quark and a bottom quark using pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
Title: Search for vector-boson resonances decaying into a top quark and a bottom quark using pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
A<sc>bstract</sc> A search for a new massive charged gauge boson,W′, is performed with the ATLAS detector at the LHC. The dataset used in this analysis was collected from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, and corresponds to an integrated luminosity of 139 fb−1. The reconstructedtbinvariant mass is used to search for aW′ boson decaying into a top quark and a bottom quark. The result is interpreted in terms of aW′ boson with purely right-handed or left-handed chirality in a mass range of 0.5–6 TeV. Different values for the coupling of theW′ boson to the top and bottom quarks are considered, taking into account interference with single-top-quark production in thes-channel. No significant deviation from the background prediction is observed. The results are expressed as upper limits on theW′ →tbproduction cross-section times branching ratio as a function of theW′-boson mass and in the plane of the coupling vs theW′-boson mass.  more » « less
Award ID(s):
2309950
PAR ID:
10531779
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Journal of High Energy Physics/International School for Advanced Studies
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> A search for W′ bosons decaying to a top and a bottom quark in final states including an electron or a muon is performed with the CMS detector at the LHC. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV. Good agreement with the standard model expectation is observed and no evidence for the existence of the W′ boson is found over the mass range examined. The largest observed deviation from the standard model expectation is found for a W′ boson mass ($$ {m}_{{\textrm{W}}^{\prime }} $$ m W ′ ) hypothesis of 3.8 TeV with a relative decay width of 1%, with a local (global) significance of 2.6 (2.0) standard deviations. Upper limits on the production cross sections of W′ bosons decaying to a top and a bottom quark are set. Left- and right-handed W′ bosons with$$ {m}_{{\textrm{W}}^{\prime }} $$ m W ′ below 3.9 and 4.3 TeV, respectively, are excluded at the 95% confidence level, under the assumption that the new particle has a narrow decay width. Limits are also set for relative decay widths up to 30%. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    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 $$\text {TeV}$$ TeV assuming 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$$T \rightarrow Zt$$ T → Z t ($$B/X \rightarrow Wt$$ B / X → W t ) decays. In addition, lower limits on theTandBquark masses are derived for all possible branching ratios. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A combination of searches for new heavy spin-1 resonances decaying into different pairings ofW,Z, or Higgs bosons, as well as directly into leptons or quarks, is presented. The data sample used corresponds to 139 fb−1of proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected during 2015–2018 with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. Analyses selecting quark pairs (qq,bb,$$ t\overline{t} $$ t t ¯ , andtb) or third-generation leptons (τνandττ) are included in this kind of combination for the first time. A simplified model predicting a spin-1 heavy vector-boson triplet is used. Cross-section limits are set at the 95% confidence level and are compared with predictions for the benchmark model. These limits are also expressed in terms of constraints on couplings of the heavy vector-boson triplet to quarks, leptons, and the Higgs boson. The complementarity of the various analyses increases the sensitivity to new physics, and the resulting constraints are stronger than those from any individual analysis considered. The data exclude a heavy vector-boson triplet with mass below 5.8 TeV in a weakly coupled scenario, below 4.4 TeV in a strongly coupled scenario, and up to 1.5 TeV in the case of production via vector-boson fusion. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> An analysis of the production of a Higgs boson (H) in association with a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H ) or a single top quark (tH) is presented. The Higgs boson decay into a bottom quark-antiquark pair (H →$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ ) is targeted, and three different final states of the top quark decays are considered, defined by the number of leptons (electrons or muons) in the event. The analysis utilises proton-proton collision data collected at the CERN LHC with the CMS experiment at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV in 2016–2018, which correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. The observed$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate relative to the standard model expectation is 0.33 ± 0.26 = 0.33 ± 0.17(stat) ± 0.21(syst). Additionally, the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate is determined in intervals of Higgs boson transverse momentum. An upper limit at 95% confidence level is set on the tH production rate of 14.6 times the standard model prediction, with an expectation of$$ {19.3}_{-6.0}^{+9.2} $$ 19.3 − 6.0 + 9.2 . Finally, constraints are derived on the strength and structure of the coupling between the Higgs boson and the top quark from simultaneous extraction of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H and tH production rates, and the results are combined with those obtained in other Higgs boson decay channels. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    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. 
    more » « less
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