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  • Search for high-mass resonances in final states with a τ -lepton and missing transverse momentum with the ATLAS detector

This content will become publicly available on June 1, 2025

Title: Search for high-mass resonances in final states with a τ -lepton and missing transverse momentum with the ATLAS detector
A search for high-mass resonances decaying into a τ -lepton and a neutrino using proton-proton collisions at a center-of-mass energy of s = 13     TeV is presented. The full run 2 data sample corresponding to an integrated luminosity of 139     fb − 1 recorded by the ATLAS experiment in the years 2015–2018 is analyzed. The τ -lepton is reconstructed in its hadronic decay modes and the total transverse momentum carried out by neutrinos is inferred from the reconstructed missing transverse momentum. The search for new physics is performed on the transverse mass between the τ -lepton and the missing transverse momentum. No excess of events above the Standard Model expectation is observed and upper exclusion limits are set on the W ′ → τ ν production cross section. Heavy W ′ vector bosons with masses up to 5.0 TeV are excluded at 95% confidence level, assuming that they have the same couplings as the Standard Model W boson. For nonuniversal couplings, W ′ bosons are excluded for masses less than 3.5–5.0 TeV, depending on the model parameters. In addition, model-independent limits on the visible cross section times branching ratio are determined as a function of the lower threshold on the transverse mass of the τ -lepton and missing transverse momentum. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration2024CERN  more » « less
Award ID(s):
2111226
PAR ID:
10539261
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Phys. Rev. D 109 (2024) 112008
Date Published:
Journal Name:
Physical Review D
Volume:
109
Issue:
11
ISSN:
2470-0010
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review D)
    This paper presents a search for pair production of higgsinos, the supersymmetric partners of the Higgs bosons, in scenarios with gauge-mediated supersymmetry breaking. Each higgsino is assumed to decay into a Higgs boson and a nearly massless gravitino. The search targets events where each Higgs boson decays into b b ¯ , leading to a reconstructed final state with at least three energetic b -jets and missing transverse momentum. Two complementary analysis channels are used, with each channel specifically targeting either low or high values of the higgsino mass. The low-mass (high-mass) channel exploits 126   ( 139 )     fb − 1 of s = 13     TeV data collected by the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider. No significant excess above the Standard Model prediction is found. At 95% confidence level, masses between 130 GeV and 940 GeV are excluded for higgsinos decaying exclusively into Higgs bosons and gravitinos. Exclusion limits as a function of the higgsino decay branching ratio to a Higgs boson are also reported. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration2024CERN 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review D)
    Differential cross sections are measured for the standard model Higgs boson produced in association with vector bosons ( W , Z ) and decaying to a pair of b quarks. Measurements are performed within the framework of the simplified template cross sections. The analysis relies on the leptonic decays of the W and Z bosons, resulting in final states with 0, 1, or 2 electrons or muons. The Higgs boson candidates are either reconstructed from pairs of resolved b -tagged jets, or from single large-radius jets containing the particles arising from two b quarks. Proton-proton collision data at s = 13     TeV , collected by the CMS experiment in 2016–2018 and corresponding to a total integrated luminosity of 138     fb − 1 , are analyzed. The inclusive signal strength, defined as the product of the observed production cross section and branching fraction relative to the standard model expectation, combining all analysis categories, is found to be μ = 1.1 5 − 0.20 + 0.22 . This corresponds to an observed (expected) significance of 6.3 (5.6) standard deviations. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review Letters)
    The first search for the Z boson decay to τ τ μ μ at the CERN LHC is presented, based on data collected by the CMS experiment at the LHC in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 138     fb − 1 . The data are compatible with the predicted background. For the first time, an upper limit at the 95% confidence level of 6.9 times the standard model expectation is placed on the ratio of the Z → τ τ μ μ to Z → 4 μ branching fractions. Limits are also placed on the six flavor-conserving four-lepton effective-field-theory operators involving two muons and two tau leptons, for the first time testing all such operators. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review D)
    A search is presented for high-mass exclusive diphoton production via photon-photon fusion in proton-proton collisions at s = 13     TeV in events where both protons survive the interaction. The analysis utilizes data corresponding to an integrated luminosity of 103     fb − 1 collected in 2016–2018 with the central CMS detector and the CMS and TOTEM precision proton spectrometer (PPS). Events that have two photons with high transverse momenta ( p T γ > 100     GeV ), back-to-back in azimuth, and with a large diphoton invariant mass ( m γ γ > 350     GeV ) are selected. To remove the dominant inclusive diphoton backgrounds, the kinematic properties of the protons detected in PPS are required to match those of the central diphoton system. Only events having opposite-side forward protons detected with a fractional momentum loss between 0.035 and 0.15 (0.18) for the detectors on the negative (positive) side of CMS are considered. One exclusive diphoton candidate is observed for an expected background of 1.1 events. Limits at 95% confidence level are derived for the four-photon anomalous coupling parameters | ζ 1 | < 0.073     TeV − 4 and | ζ 2 | < 0.15     TeV − 4 , using an effective field theory. Additionally, upper limits are placed on the production of axionlike particles with coupling strength to photons f − 1 that varies from 0.03     TeV − 1 to 1     TeV − 1 over the mass range from 500 to 2000 GeV. © 2024 CERN, for the CMS and TOTEMs Collaboration2024CERN 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review D)
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