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  • NSF Public Access
  • Search Results
  • Model-independent search for pair production of new bosons decaying into muons in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV

This content will become publicly available on December 1, 2025

Title: Model-independent search for pair production of new bosons decaying into muons in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
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.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10634676
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:
12
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> Three searches are presented for signatures of physics beyond the standard model (SM) inττfinal states in proton-proton collisions at the LHC, using a data sample collected with the CMS detector at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Upper limits at 95% confidence level (CL) are set on the products of the branching fraction for the decay intoτleptons and the cross sections for the production of a new bosonϕ, in addition to the H(125) boson, via gluon fusion (ggϕ) or in association with b quarks, ranging from$$ \mathcal{O} $$ O (10 pb) for a mass of 60 GeV to 0.3 fb for a mass of 3.5 TeV each. The data reveal two excesses for ggϕproduction with localp-values equivalent to about three standard deviations atmϕ= 0.1 and 1.2 TeV. In a search fort-channel exchange of a vector leptoquark U1, 95% CL upper limits are set on the dimensionless U1leptoquark coupling to quarks andτleptons ranging from 1 for a mass of 1 TeV to 6 for a mass of 5 TeV, depending on the scenario. In the interpretations of the$$ {M}_{\textrm{h}}^{125} $$ M h 125 and$$ {M}_{\textrm{h},\textrm{EFT}}^{125} $$ M h , EFT 125 minimal supersymmetric SM benchmark scenarios, additional Higgs bosons with masses below 350 GeV are excluded at 95% CL. 
    more » « less
  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. 
    more » « less
  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A combination of searches for new heavy spin-1 resonances decaying into different pairings ofW,Z, or Higgs bosons, as well as directly into leptons or quarks, is presented. The data sample used corresponds to 139 fb−1of proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected during 2015–2018 with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. Analyses selecting quark pairs (qq,bb,$$ t\overline{t} $$ t t ¯ , andtb) or third-generation leptons (τνandττ) are included in this kind of combination for the first time. A simplified model predicting a spin-1 heavy vector-boson triplet is used. Cross-section limits are set at the 95% confidence level and are compared with predictions for the benchmark model. These limits are also expressed in terms of constraints on couplings of the heavy vector-boson triplet to quarks, leptons, and the Higgs boson. The complementarity of the various analyses increases the sensitivity to new physics, and the resulting constraints are stronger than those from any individual analysis considered. The data exclude a heavy vector-boson triplet with mass below 5.8 TeV in a weakly coupled scenario, below 4.4 TeV in a strongly coupled scenario, and up to 1.5 TeV in the case of production via vector-boson fusion. 
    more » « less
  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The polarization ofτleptons is measured using leptonic and hadronicτlepton decays in Z →τ+τ−events in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded by CMS at the CERN LHC with an integrated luminosity of 36.3 fb−1. The measuredτ−lepton polarization at the Z boson mass pole is$$ {\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ P τ Z = −0.144 ± 0.006 (stat) ± 0.014 (syst) = −0.144 ± 0.015, in good agreement with the measurement of theτlepton asymmetry parameter ofAτ= 0.1439 ± 0.0043 =$$ -{\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ − P τ Z at LEP. Theτlepton polarization depends on the ratio of the vector to axial-vector couplings of theτleptons in the neutral current expression, and thus on the effective weak mixing angle sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff , independently of the Z boson production mechanism. The obtained value sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff = 0.2319 ± 0.0008(stat) ± 0.0018(syst) = 0.2319 ± 0.0019 is in good agreement with measurements ate+e−colliders. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 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. 
    more » « less
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