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Title: Search for new physics in high-mass diphoton events from proton-proton collisions at $$ \sqrt{\textrm{s}} $$ = 13 TeV
A<sc>bstract</sc> Results are presented from a search for new physics in high-mass diphoton events from proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data set was collected in 2016–2018 with the CMS detector at the LHC and corresponds to an integrated luminosity of 138 fb−1. Events with a diphoton invariant mass greater than 500 GeV are considered. Two different techniques are used to predict the standard model backgrounds: parametric fits to the smoothly-falling background and a first-principles calculation of the standard model diphoton spectrum at next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics calculations. The first technique is sensitive to resonant excesses while the second technique can identify broad differences in the invariant mass shape. The data are used to constrain the production of heavy Higgs bosons, Randall-Sundrum gravitons, the large extra dimensions model of Arkani-Hamed, Dimopoulos, and Dvali (ADD), and the continuum clockwork mechanism. No statistically significant excess is observed. The present results are the strongest limits to date on ADD extra dimensions and RS gravitons with a coupling parameter greater than 0.1.  more » « less
Award ID(s):
2121686 2209460
PAR ID:
10552263
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2024
Issue:
8
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 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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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The effective lifetime of the$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 meson in the decay$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0\to \textrm{J}/{\uppsi \textrm{K}}_{\textrm{S}}^0 $$ B s 0 → J / ψK S 0 is measured using data collected during 2016–2018 with the CMS detector in$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV proton-proton collisions at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 140 fb−1. The effective lifetime is determined by performing a two-dimensional unbinned maximum likelihood fit to the$$ {\textrm{B}}_{\textrm{s}}^0 $$ B s 0 meson invariant mass and proper decay time distributions. The resulting value of 1.59 ± 0.07(stat) ± 0.03(syst) ps is the most precise measurement to date and is in good agreement with the expected value. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The results of a model-independent search for the pair production of new bosons within a mass range of 0.21< m <60 GeV, are presented. This study utilizes events with a four-muon final state. We use two data sets, comprising 41.5 fb−1and 59.7 fb−1of proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, recorded in 2017 and 2018 by the CMS experiment at the CERN LHC. The study of the 2018 data set includes a search for displaced signatures of a new boson within the proper decay length range of 0< cτ <100 mm. Our results are combined with a previous CMS result, based on 35.9 fb−1of proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected in 2016. No significant deviation from the expected background is observed. Results are presented in terms of a model-independent upper limit on the product of cross section, branching fraction, and acceptance. The findings are interpreted across various benchmark models, such as an axion-like particle model, a vector portal model, the next-to-minimal supersymmetric standard model, and a dark supersymmetric scenario, including those predicting a non-negligible proper decay length of the new boson. In all considered scenarios, substantial portions of the parameter space are excluded, expanding upon prior results. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Measurements of fiducial and total inclusive cross sections for W and Z boson production are presented in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 5.02 and 13 TeV. Electron and muon decay modes (ℓ= e orμ) are studied in the data collected with the CMS detector in 2017, in dedicated runs with reduced instantaneous luminosity. The data sets correspond to integrated luminosities of 298 ± 6 pb−1at 5.02 TeV and 206 ± 5 pb−1at 13 TeV. Measured values of the products of the total inclusive cross sections and the branching fractions at 5.02 TeV areσ(pp→W + X)$$ \mathcal{B} $$ B (W→ ℓν) = 7300±10 (stat)±60 (syst)±140 (lumi) pb, andσ(pp→Z+X)$$ \mathcal{B} $$ B (Z→ ℓ+ℓ−) = 669±2 (stat)±6 (syst)±13 (lumi) pb for the dilepton invariant mass in the range of 60–120 GeV. The corresponding results at 13 TeV are 20480±10 (stat)±170 (syst)±470 (lumi) pb and 1952±4 (stat)±18 (syst)±45 (lumi) pb. The measured values agree with cross section calculations at next-to-next-to-leading-order in perturbative quantum chromodynamics. Fiducial and total inclusive cross sections, ratios of cross sections of W+and W−production as well as inclusive W and Z boson production, and ratios of these measurements at 5.02 and 13 TeV are reported. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for resonances in events with theγ+jet final state has been performed using proton-proton collision data collected at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the CMS experiment at the LHC. The total data analyzed correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. Models of excited quarks and quantum black holes are considered. Using a wide-jet reconstruction for the candidate jet, theγ+jet invariant mass spectrum measured in data is examined for the presence of resonances over the standard model continuum background. The background is estimated by fitting this mass distribution with a functional form. The data exhibit no statistically significant deviations from the expected standard model background. Exclusion limits at 95% confidence level on the resonance mass and other parameters are set. Excited light-flavor quarks (excited bottom quarks) are excluded up to a mass of 6.0 (3.8) TeV. Quantum black hole production is excluded for masses up to 7.5 (5.2) TeV in the Arkani-Hamed-Dimopoulos-Dvali (Randall-Sundrum) model. These lower mass bounds are the most stringent to date among those obtained in theγ+jet final state. 
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