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  • NSF Public Access
  • Search Results
  • Search for new particles in final states with a boosted top quark and missing transverse momentum in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
Title: Search for new particles in final states with a boosted top quark and missing transverse momentum in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
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
Award ID(s):
2111244
PAR ID:
10609050
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:
5
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> 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
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> This paper presents a search for top-squark pair production in final states with a top quark, a charm quark and missing transverse momentum. The data were collected with the ATLAS detector during LHC Run 2 and correspond to an integrated luminosity of 139 fb−1of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The analysis is motivated by an extended Minimal Supersymmetric Standard Model featuring a non-minimal flavour violation in the second- and third-generation squark sector. The top squark in this model has two possible decay modes, either$$ {\tilde{t}}_1\to c{\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ t ~ 1 → c χ ~ 1 0 or$$ {\tilde{t}}_1\to t{\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ t ~ 1 → t χ ~ 1 0 , where the$$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 is undetected. The analysis is optimised assuming that both of the decay modes are equally probable, leading to the most likely final state of$$ tc+{E}_T^{\textrm{miss}} $$ tc + E T miss . Good agreement is found between the Standard Model expectation and the data in the search regions. Exclusion limits at 95% CL are obtained in the$$ m\left({\tilde{t}}_1\right) $$ m t ~ 1 vs.$$ m\left({\overset{\sim }{\chi}}_1^0\right) $$ m χ ~ 1 0 plane and, in addition, limits on the branching ratio of the$$ {\tilde{t}}_1\to t{\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ t ~ 1 → t χ ~ 1 0 decay as a function ofm($$ {\tilde{t}}_1 $$ t ~ 1 ) are also produced. Top-squark masses of up to 800 GeV are excluded for scenarios with light neutralinos, and top-squark masses up to 600 GeV are excluded in scenarios where the neutralino and the top squark are almost mass degenerate. 
    more » « less
  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    null (Ed.)
    Abstract A search for direct pair production of scalar partners of the top quark (top squarks or scalar third-generation up-type leptoquarks) in the all-hadronic $$t{\bar{t}}$$ t t ¯ plus missing transverse momentum final state is presented. The analysis of 139  $$\hbox {fb}^{-1}$$ fb - 1 of $${\sqrt{s}=13}$$ s = 13  TeV proton–proton collision data collected using the ATLAS detector at the LHC yields no significant excess over the Standard Model background expectation. To interpret the results, a supersymmetric model is used where the top squark decays via $${\tilde{t}} \rightarrow t^{(*)} {\tilde{\chi }}^0_1$$ t ~ → t ( ∗ ) χ ~ 1 0 , with $$t^{(*)}$$ t ( ∗ ) denoting an on-shell (off-shell) top quark and $${\tilde{\chi }}^0_1$$ χ ~ 1 0 the lightest neutralino. Three specific event selections are optimised for the following scenarios. In the scenario where $$m_{{\tilde{t}}}> m_t+m_{{\tilde{\chi }}^0_1}$$ m t ~ > m t + m χ ~ 1 0 , top squark masses are excluded in the range 400–1250 GeV for $${\tilde{\chi }}^0_1$$ χ ~ 1 0 masses below 200 GeV at 95% confidence level. In the situation where $$m_{{\tilde{t}}}\sim m_t+m_{{\tilde{\chi }}^0_1}$$ m t ~ ∼ m t + m χ ~ 1 0 , top squark masses in the range 300–630 GeV are excluded, while in the case where $$m_{{\tilde{t}}}< m_W+m_b+m_{{\tilde{\chi }}^0_1}$$ m t ~ < m W + m b + m χ ~ 1 0 (with $$m_{{\tilde{t}}}-m_{{\tilde{\chi }}^0_1}\ge 5$$ m t ~ - m χ ~ 1 0 ≥ 5  GeV), considered for the first time in an ATLAS all-hadronic search, top squark masses in the range 300–660 GeV are excluded. Limits are also set for scalar third-generation up-type leptoquarks, excluding leptoquarks with masses below 1240 GeV when considering only leptoquark decays into a top quark and a neutrino. 
    more » « less
  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A bstract A search for the pair production of the lightest supersymmetric partner of the top quark, the top squark ( $$ {\overset{\sim }{\textrm{t}}}_1 $$ t ~ 1 ), is presented. The search targets the four-body decay of the $$ {\overset{\sim }{\textrm{t}}}_1 $$ t ~ 1 , which is preferred when the mass difference between the top squark and the lightest supersymmetric particle is smaller than the mass of the W boson. This decay mode consists of a bottom quark, two other fermions, and the lightest neutralino ( $$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 ), which is assumed to be the lightest supersymmetric particle. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb − 1 of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV collected by the CMS experiment at the CERN LHC. Events are selected using the presence of a high-momentum jet, an electron or muon with low transverse momentum, and a significant missing transverse momentum. The signal is selected based on a multivariate approach that is optimized for the difference between m ( $$ {\overset{\sim }{\textrm{t}}}_1 $$ t ~ 1 ) and m ( $$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 ). The contribution from leading background processes is estimated from data. No significant excess is observed above the expectation from standard model processes. The results of this search exclude top squarks at 95% confidence level for masses up to 480 and 700 GeV for m ( $$ {\overset{\sim }{\textrm{t}}}_1 $$ t ~ 1 ) − m ( $$ {\overset{\sim }{\chi}}_1^0 $$ χ ~ 1 0 ) = 10 and 80 GeV, respectively. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    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
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