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  • Search for new phenomena with top-quark pairs and large missing transverse momentum using 140 fb−1 of pp collision data at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
Title: Search for new phenomena with top-quark pairs and large missing transverse momentum using 140 fb−1 of pp collision data at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
A<sc>bstract</sc> A search is conducted for new phenomena in events with a top quark pair and large missing transverse momentum, where the top quark pair is reconstructed in final states with one isolated electron or muon and multiple jets. The search is performed using the Large Hadron Collider proton-proton collision data sample at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded by the ATLAS detector that corresponds to an integrated luminosity of 140 fb−1. An analysis based on neural network classifiers is optimised to search for directly produced pairs of supersymmetric partners of the top quark (stop), and to search for spin-0 mediators, produced in association with a pair of top quarks, that decay into dark-matter particles. In the stop search, the analysis is designed to target models in which the mass difference between the stop and the neutralino from the stop decay is close to the top quark mass. This new search is combined with previously published searches in final states with different lepton multiplicities. No significant excess above the Standard Model background is observed, and limits at 95% confidence level are set. Models with neutralinos with masses up to 570 GeV are excluded, while for small neutralino masses models are excluded for stop masses up to 1230 GeV. Scalar (pseudoscalar) dark matter mediator masses as large as 350 (370) GeV are excluded when the coupling strengths of the mediator to Standard Model and dark-matter particles are both set to one. At lower mediator masses, models with production cross-sections as small as 0.15 (0.16) times the nominal predictions are excluded. Results of this search are also used to set constraints on effective four-fermion contact interactions between top quarks and neutrinos.  more » « less
Award ID(s):
2111244
PAR ID:
10609031
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:
3
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    null (Ed.)
    A bstract A search for new phenomena with top quark pairs in final states with one isolated electron or muon, multiple jets, and large missing transverse momentum is performed. Signal regions are designed to search for two-, three-, and four-body decays of the directly pair-produced supersymmetric partner of the top quark (stop). Additional signal regions are designed specifically to search for spin-0 mediators that are produced in association with a pair of top quarks and decay into a pair of dark-matter particles. The search is performed using the Large Hadron Collider proton-proton collision dataset at a centre-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded by the ATLAS detector from 2015 to 2018, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb − 1 . No significant excess above the Standard Model background is observed, and limits at 95% confidence level are set in the stop-neutralino mass plane and as a function of the mediator mass or the dark-matter particle mass. Stops are excluded up to 1200 GeV (710 GeV) in the two-body (three-body) decay scenario. In the four-body scenario stops up to 640 GeV are excluded for a stop-neutralino mass difference of 60 GeV. Scalar and pseudoscalar dark-matter mediators are excluded up to 200 GeV when the coupling strengths of the mediator to Standard Model and dark-matter particles are both equal to one and when the mass of the dark-matter particle is 1 GeV. 
    more » « less
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for events with one top quark and missing transverse momentum in the final state is presented. The fully hadronic decay of the top quark is explored by selecting events with a reconstructed boosted top-quark topology produced in association with large missing transverse momentum. The analysis uses 139 fb−1of proton-proton collision data at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded during 2015-2018 by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The results are interpreted in the context of simplified models for Dark Matter particle production and the single production of a vector-likeTquark. Without significant excess relative to the Standard Model expectations, 95% confidence-level upper limits on the corresponding cross-sections are obtained. The production of Dark Matter particles in association with a single top quark is excluded for masses of a scalar (vector) mediator up to 4.3 (2.3) TeV, assumingmχ= 1 GeV and the model couplingsλq= 0.6 andλχ= 0.4 (a= 0.5 andgχ= 1). The production of a single vector-likeTquark is excluded for masses below 1.8 TeV assuming a coupling to the top quarkκT= 0.5 and a branching ratio forT → Ztof 25%. 
    more » « less
  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    null (Ed.)
    A bstract The results of a search for new phenomena in final states with b -jets and missing transverse momentum using 139 fb − 1 of proton-proton data collected at a centre-of-mass energy $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the ATLAS detector at the LHC are reported. The analysis targets final states produced by the decay of a pair-produced supersymmetric bottom squark into a bottom quark and a stable neutralino. The analysis also seeks evidence for models of pair production of dark matter particles produced through the decay of a generic scalar or pseudoscalar mediator state in association with a pair of bottom quarks, and models of pair production of scalar third-generation down-type leptoquarks. No significant excess of events over the Standard Model background expectation is observed in any of the signal regions considered by the analysis. Bottom squark masses below 1270 GeV are excluded at 95% confidence level if the neutralino is massless. In the case of nearly mass-degenerate bottom squarks and neutralinos, the use of dedicated secondary-vertex identification techniques permits the exclusion of bottom squarks with masses up to 660 GeV for mass splittings between the squark and the neutralino of 10 GeV. These limits extend substantially beyond the regions of parameter space excluded by similar ATLAS searches performed previously. 
    more » « less
  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The paper presents a search for supersymmetric particles produced in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV and decaying into final states with missing transverse momentum and jets originating from charm quarks. The data were taken with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider at CERN from 2015 to 2018 and correspond to an integrated luminosity of 139 fb−1. No significant excess of events over the expected Standard Model background expectation is observed in optimized signal regions, and limits are set on the production cross-sections of the supersymmetric particles. Pair production of charm squarks or top squarks, each decaying into a charm quark and the lightest supersymmetric particle$$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 , is excluded at 95% confidence level for squarks with masses up to 900 GeV for scenarios where the mass of$$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 is below 50 GeV. Additionally, the production of leptoquarks with masses up to 900 GeV is excluded for the scenario where up-type leptoquarks decay into a charm quark and a neutrino. Model-independent limits on cross-sections and event yields for processes beyond the Standard Model are also reported. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search is performed for dark matter (DM) produced in association with a single top quark or a pair of top quarks using the data collected with the CMS detector at the LHC from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to 138 fb−1of integrated luminosity. An excess of events with a large imbalance of transverse momentum is searched for across 0, 1 and 2 lepton final states. Novel multivariate techniques are used to take advantage of the differences in kinematic properties between the two DM production mechanisms. No significant deviations with respect to the standard model predictions are observed. The results are interpreted considering a simplified model in which the mediator is either a scalar or pseudoscalar particle and couples to top quarks and to DM fermions. Axion-like particles that are coupled to top quarks and DM fermions are also considered. Expected exclusion limits of 410 and 380 GeV for scalar and pseudoscalar mediator masses, respectively, are set at the 95% confidence level. A DM particle mass of 1 GeV is assumed, with mediator couplings to fermions and DM particles set to unity. A small signal-like excess is observed in data, with the largest local significance observed to be 1.9 standard deviations for the 150 GeV pseudoscalar mediator hypothesis. Because of this excess, mediator masses are only excluded below 310 (320) GeV for the scalar (pseudoscalar) mediator. The results are also translated into model-independent 95% confidence level upper limits on the visible cross section of DM production in association with top quarks, ranging from 1 pb to 0.02 pb. 
    more » « less
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