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  • Search for t-channel scalar and vector leptoquark exchange in the high-mass dimuon and dielectron spectra in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV

This content will become publicly available on December 1, 2026

Title: Search for t-channel scalar and vector leptoquark exchange in the high-mass dimuon and dielectron spectra in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV
A<sc>bstract</sc> A search fort-channel exchange of leptoquarks (LQs) is performed in dimuon and dielectron spectra using proton-proton collision data collected at$$\sqrt{s}=13$$TeV with the CMS detector at the CERN LHC. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. Eight scenarios are considered, in which up or down quarks couple to muons or electrons via a scalar or vector LQ exchange, for dilepton invariant masses above 500 GeV. The LQ masses are probed up to 5 TeV, beyond a regime probed by previous pair-production and single-production searches. The differential distributions of dilepton events are fit to templates that model the nonresonant LQ exchange and various standard model background processes. Limits are set on LQ-fermion coupling strengths for scalar and vector LQ masses in the 1–5 TeV range at 95% confidence level, establishing stringent limits on first- and second-generation LQs.  more » « less
Award ID(s):
2310072 2121686
PAR ID:
10700864
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Journal of High Energy Physics
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2025
Issue:
12
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  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$$ {M}_{\textrm{h}}^{125} $$ Mh125 and$$ {M}_{\textrm{h},\textrm{EFT}}^{125} $$ Mh,EFT125 minimal supersymmetric SM benchmark scenarios, additional Higgs bosons with masses below 350 GeV are excluded at 95% CL. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for charged-lepton flavour violation (CLFV) in top quark (t) production and decay is presented. The search uses proton-proton collision data corresponding to 138 fb−1collected with the CMS experiment at$$\sqrt{s}={13}$$TeV. The signal consists of the production of a single top quark via a CLFV interaction or top quark pair production followed by a CLFV decay. The analysis selects events containing a hadronically decayingτlepton and a muon of opposite electric charge, as well as at least three jets, one of which is identified as originating from the fragmentation of a bottom quark. Machine learning classification techniques are used to distinguish signal from standard model background events. The results of this search are consistent with the standard model expectations. The upper limits at 95% confidence level on the branching fraction$$\mathcal{B}$$for CLFV top quark decays to a muon, aτlepton, and an up or a charm quark are set at$$\mathcal{B}\left({\text{t}}\to \mu \tau {\text{u}}\right)$$< (0.04, 0.08, and 0.12) × 10−6, and$$\mathcal{B}\left({\text{t}}\to \mu \tau {\text{c}}\right)$$< (0.81, 1.71, and 2.05) × 10−6for scalar, vector, and tensor-like operators, respectively. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for the production of a single top quark in association with invisible particles is performed using proton-proton collision data collected with the CMS detector at the LHC at$$\sqrt{s}=13$$TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. In this search, a flavor-changing neutral current produces a single top quark or antiquark and an invisible state nonresonantly. The invisible state consists of a hypothetical spin-1 particle acting as a new mediator and decaying to two spin-1/2 dark matter candidates. The analysis searches for events in which the top quark or antiquark decays hadronically. No significant excess of events compatible with that signature is observed. Exclusion limits at 95% confidence level are placed on the masses of the spin-1 mediator and the dark matter candidates, and are compared to constraints from the dark matter relic density measurements. In a vector (axial-vector) coupling scenario, masses of the spin-1 mediator are excluded up to 1.85 (1.85) TeV with an expectation of 2.0 (2.0) TeV, whereas masses of the dark matter candidates are excluded up to 0.75 (0.55) TeV with an expectation of 0.85 (0.65) TeV. 
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  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. 
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