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  • Search for leptoquark pair production decaying into $$te^- \bar{t}e^+$$ or $$t\mu ^- \bar{t}\mu ^+$$ in multi-lepton final states in pp collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\textrm{TeV}$$ with the ATLAS detector
Title: Search for leptoquark pair production decaying into $$te^- \bar{t}e^+$$ or $$t\mu ^- \bar{t}\mu ^+$$ in multi-lepton final states in pp collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\textrm{TeV}$$ with the ATLAS detector
Abstract A search for leptoquark pair production decaying into$$te^- \bar{t}e^+$$ t e - t ¯ e + or$$t\mu ^- \bar{t}\mu ^+$$ t μ - t ¯ μ + in final states with multiple leptons is presented. The search is based on a dataset ofppcollisions at$$\sqrt{s}=13~\text {TeV} $$ s = 13 TeV recorded with the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$$^{-1}$$ - 1 . Four signal regions, with the requirement of at least three light leptons (electron or muon) and at least two jets out of which at least one jet is identified as coming from ab-hadron, are considered based on the number of leptons of a given flavour. The main background processes are estimated using dedicated control regions in a simultaneous fit with the signal regions to data. No excess above the Standard Model background prediction is observed and 95% confidence level limits on the production cross section times branching ratio are derived as a function of the leptoquark mass. Under the assumption of exclusive decays into$$te^{-}$$ t e - ($$t\mu ^{-}$$ t μ - ), the corresponding lower limit on the scalar mixed-generation leptoquark mass$$m_{\textrm{LQ}_{\textrm{mix}}^{\textrm{d}}}$$ m LQ mix d is at 1.58 (1.59) TeV and on the vector leptoquark mass$$m_{{\tilde{U}}_1}$$ m U ~ 1 at 1.67 (1.67) TeV in the minimal coupling scenario and at 1.95 (1.95) TeV in the Yang–Mills scenario.  more » « less
Award ID(s):
2111226
PAR ID:
10539264
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Eur.Phys.J.C 84 (2024) 8, 818
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
84
Issue:
8
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract This paper presents the first measurement of$$\psi {(2S)}$$ ψ ( 2 S ) and$$\chi _{c1}(3872)$$ χ c 1 ( 3872 ) meson production within fully reconstructed jets. Each quarkonium state (tag) is reconstructed via its decay to the$${{J \hspace{-1.66656pt}/\hspace{-1.111pt}\psi }} $$ J / ψ ($$\rightarrow $$ → $$\mu ^+\mu ^-$$ μ + μ - )$$\pi ^+\pi ^-$$ π + π - final state in the forward region using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment at the center-of-mass-energy of$$13\text {TeV} $$ 13 TeV in 2016, corresponding to an integrated luminosity of$$1.64\,\text {\,fb} ^{-1} $$ 1.64 \,fb - 1 . The fragmentation function, presented as the ratio of the quarkonium-tag transverse momentum to the full jet transverse momentum ($$p_{\textrm{T}} (\text {tag})/p_{\textrm{T}} (\text {jet})$$ p T ( tag ) / p T ( jet ) ), is measured differentially in$$p_{\textrm{T}} (\text {jet})$$ p T ( jet ) and$$p_{\textrm{T}} (\text {tag})$$ p T ( tag ) bins. The distributions are separated into promptly produced quarkonia from proton-proton collisions and quarkonia produced from displacedb-hadron decays. While the displaced quarkonia fragmentation functions are in general well described by parton-shower predictions, the prompt quarkonium distributions differ significantly from fixed-order non-relativistic QCD (NRQCD) predictions followed by a QCD parton shower. 
    more » « less
  2. ; ; ; (, The European Physical Journal C)
    Abstract A model based on a$$U(1)_{T^3_R}$$ U ( 1 ) T R 3 extension of the Standard Model can address the mass hierarchy between generations of fermions, explain thermal dark matter abundance, and the muon$$g - 2$$ g - 2 ,$$R_{(D)}$$ R ( D ) , and$$R_{(D^*)}$$ R ( D ∗ ) anomalies. The model contains a light scalar boson$$\phi '$$ ϕ ′ and a heavy vector-like quark$$\chi _\textrm{u}$$ χ u that can be probed at CERN’s large hadron collider (LHC). We perform a phenomenology study on the production of$$\phi '$$ ϕ ′ and$${\chi }_u$$ χ u particles from proton–proton$$(\textrm{pp})$$ ( pp ) collisions at the LHC at$$\sqrt{s}=13.6$$ s = 13.6 TeV, primarily through$$g{-g}$$ g - g and$$t{-\chi _\textrm{u}}$$ t - χ u fusion. We work under a simplified model approach and directly take the$$\chi _\textrm{u}$$ χ u and$$\phi '$$ ϕ ′ masses as free parameters. We perform a phenomenological analysis considering$$\chi _\textrm{u}$$ χ u final states to b-quarks, muons, and neutrinos, and$$\phi '$$ ϕ ′ decays to$$\mu ^+\mu ^-$$ μ + μ - . A machine learning algorithm is used to maximize the signal sensitivity, considering an integrated luminosity of 3000$$\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The proposed methodology can be a key mode for discovery over a large mass range, including low masses, traditionally considered difficult due to experimental constraints. 
    more » « less
  3. ; ; ; ; (, The European Physical Journal C)
    Abstract Leptoquarks ($$\textrm{LQ}$$ LQ s) are hypothetical particles that appear in various extensions of the Standard Model (SM), that can explain observed differences between SM theory predictions and experimental results. The production of these particles has been widely studied at various experiments, most recently at the Large Hadron Collider (LHC), and stringent bounds have been placed on their masses and couplings, assuming the simplest beyond-SM (BSM) hypotheses. However, the limits are significantly weaker for$$\textrm{LQ}$$ LQ models with family non-universal couplings containing enhanced couplings to third-generation fermions. We present a new study on the production of a$$\textrm{LQ}$$ LQ at the LHC, with preferential couplings to third-generation fermions, considering proton-proton collisions at$$\sqrt{s} = 13 \, \textrm{TeV}$$ s = 13 TeV and$$\sqrt{s} = 13.6 \, \textrm{TeV}$$ s = 13.6 TeV . Such a hypothesis is well motivated theoretically and it can explain the recent anomalies in the precision measurements of$$\textrm{B}$$ B -meson decay rates, specifically the$$R_{D^{(*)}}$$ R D ( ∗ ) ratios. Under a simplified model where the$$\textrm{LQ}$$ LQ masses and couplings are free parameters, we focus on cases where the$$\textrm{LQ}$$ LQ decays to a$$\tau $$ τ lepton and a$$\textrm{b}$$ b quark, and study how the results are affected by different assumptions about chiral currents and interference effects with other BSM processes with the same final states, such as diagrams with a heavy vector boson,$$\textrm{Z}^{\prime }$$ Z ′ . The analysis is performed using machine learning techniques, resulting in an increased discovery reach at the LHC, allowing us to probe new physics phase space which addresses the$$\textrm{B}$$ B -meson anomalies, for$$\textrm{LQ}$$ LQ masses up to$$5.00\, \textrm{TeV}$$ 5.00 TeV , for the high luminosity LHC scenario. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract The total charm-quark production cross section per unit of rapidity$$\textrm{d}\sigma ({{\textrm{c}}\overline{\textrm{c}}})/\textrm{d}y$$ d σ ( c c ¯ ) / d y , and the fragmentation fractions of charm quarks to different charm-hadron species$$f(\textrm{c}\rightarrow {\textrm{h}}_{\textrm{c}})$$ f ( c → h c ) , are measured for the first time in p–Pb collisions at$$\sqrt{s_\textrm{NN}} = 5.02~\text {Te}\hspace{-1.00006pt}\textrm{V} $$ s NN = 5.02 Te V at midrapidity ($$-0.96<0.04$$ - 0.96 < y < 0.04 in the centre-of-mass frame) using data collected by ALICE at the CERN LHC. The results are obtained based on all the available measurements of prompt production of ground-state charm-hadron species:$$\textrm{D}^{0}$$ D 0 ,$$\textrm{D}^{+}$$ D + ,$$\textrm{D}_\textrm{s}^{+}$$ D s + , and$$\mathrm {J/\psi }$$ J / ψ mesons, and$$\Lambda _\textrm{c}^{+}$$ Λ c + and$$\Xi _\textrm{c}^{0}$$ Ξ c 0 baryons. The resulting cross section is$$ \textrm{d}\sigma ({{\textrm{c}}\overline{\textrm{c}}})/\textrm{d}y =219.6 \pm 6.3\;(\mathrm {stat.}) {\;}_{-11.8}^{+10.5}\;(\mathrm {syst.}) {\;}_{-2.9}^{+8.3}\;(\mathrm {extr.})\pm 5.4\;(\textrm{BR})\pm 4.6\;(\mathrm {lumi.}) \pm 19.5\;(\text {rapidity shape})+15.0\;(\Omega _\textrm{c}^{0})\;\textrm{mb} $$ d σ ( c c ¯ ) / d y = 219.6 ± 6.3 ( stat . ) - 11.8 + 10.5 ( syst . ) - 2.9 + 8.3 ( extr . ) ± 5.4 ( BR ) ± 4.6 ( lumi . ) ± 19.5 ( rapidity shape ) + 15.0 ( Ω c 0 ) mb , which is consistent with a binary scaling of pQCD calculations from pp collisions. The measured fragmentation fractions are compatible with those measured in pp collisions at$$\sqrt{s} = 5.02$$ s = 5.02 and 13 TeV, showing an increase in the relative production rates of charm baryons with respect to charm mesons in pp and p–Pb collisions compared with$$\mathrm {e^{+}e^{-}}$$ e + e - and$$\mathrm {e^{-}p}$$ e - p collisions. The$$p_\textrm{T}$$ p T -integrated nuclear modification factor of charm quarks,$$R_\textrm{pPb}({\textrm{c}}\overline{\textrm{c}})= 0.91 \pm 0.04\;\mathrm{(stat.)} ^{+0.08}_{-0.09}\;\mathrm{(syst.)} ^{+0.05}_{-0.03}\;\mathrm{(extr.)} \pm 0.03\;\mathrm{(lumi.)}$$ R pPb ( c c ¯ ) = 0.91 ± 0.04 ( stat . ) - 0.09 + 0.08 ( syst . ) - 0.03 + 0.05 ( extr . ) ± 0.03 ( lumi . ) , is found to be consistent with unity and with theoretical predictions including nuclear modifications of the parton distribution functions. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract The elliptic flow$$(v_2)$$ ( v 2 ) of$${\textrm{D}}^{0}$$ D 0 mesons from beauty-hadron decays (non-prompt$${\textrm{D}}^{0})$$ D 0 ) was measured in midcentral (30–50%) Pb–Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair$$\sqrt{s_{\textrm{NN}}} = 5.02$$ s NN = 5.02  TeV with the ALICE detector at the LHC. The$${\textrm{D}}^{0}$$ D 0 mesons were reconstructed at midrapidity$$(|y|<0.8)$$ ( | y | < 0.8 ) from their hadronic decay$$\mathrm {D^0 \rightarrow K^-\uppi ^+}$$ D 0 → K - π + , in the transverse momentum interval$$2< p_{\textrm{T}} < 12$$ 2 < p T < 12  GeV/c. The result indicates a positive$$v_2$$ v 2 for non-prompt$${{\textrm{D}}^{0}}$$ D 0 mesons with a significance of 2.7$$\sigma $$ σ . The non-prompt$${{\textrm{D}}^{0}}$$ D 0 -meson$$v_2$$ v 2 is lower than that of prompt non-strange D mesons with 3.2$$\sigma $$ σ significance in$$2< p_\textrm{T} < 8~\textrm{GeV}/c$$ 2 < p T < 8 GeV / c , and compatible with the$$v_2$$ v 2 of beauty-decay electrons. Theoretical calculations of beauty-quark transport in a hydrodynamically expanding medium describe the measurement within uncertainties. 
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