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  • Search for charged-lepton flavour violation in top quark interactions with an up-type quark, a muon, and a τ lepton in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}={13}$$ TeV

This content will become publicly available on December 1, 2026

Title: Search for charged-lepton flavour violation in top quark interactions with an up-type quark, a muon, and a τ lepton in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}={13}$$ TeV
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.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10713096
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer Nature
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> We present a measurement of the ratio$$ {R}_{\mu }=\mathcal{B}\left({\tau}^{-}\to {\mu}^{-}{\overline{\nu}}_{\mu }{\nu}_{\tau}\right)/\mathcal{B}\left({\tau}^{-}\to {e}^{-}{\overline{\nu}}_e{\nu}_{\tau}\right) $$ Rμ=B τ−→μ− ν¯μ ντ /B τ−→e− ν¯e ντ of branching fractions$$ \mathcal{B} $$ B of theτlepton decaying to muons or electrons using data collected with the Belle II detector at the SuperKEKBe+e−collider. The sample has an integrated luminosity of 362 ± 2 fb−1at a centre-of-mass energy of 10.58 GeV. Using an optimised event selection, a binned maximum likelihood fit is performed using the momentum spectra of the electron and muon candidates. The result,Rμ= 0.9675 ± 0.0007 ± 0.0036, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic, is the most precise to date. It provides a stringent test of the light-lepton universality, translating to a ratio of the couplings of the muon and electron to theWboson inτdecays of 0.9974 ± 0.0019, in agreement with the standard model expectation of unity. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 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$$ {\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ PτZ = −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 =$$ -{\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ −PτZ 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$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θWeff , independently of the Z boson production mechanism. The obtained value sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θWeff = 0.2319 ± 0.0008(stat) ± 0.0018(syst) = 0.2319 ± 0.0019 is in good agreement with measurements ate+e−colliders. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A first search at LHCb for the lepton-flavour-violating decaysB0→K*0τ±e∓is presented. The analysis is performed using a sample of proton-proton collision data, collected with the LHCb detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV between 2016 and 2018, corresponding to an integrated luminosity of 5.4 fb−1. No significant signal is observed, and upper limits on the branching fractions are determined to be$$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {K}^{\ast 0}{\tau}^{-}{e}^{+}\right)<5.9(7.1)\times {10}^{-6} $$ B B0→K∗0τ−e+ <5.97.1×10−6 and$$ \mathcal{B}\left({B}^0\to {K}^{\ast 0}{\tau}^{+}{e}^{-}\right)<4.9(5.9)\times {10}^{-6} $$ B B0→K∗0τ+e− <4.95.9×10−6 at the 90% (95%) confidence level. These results correspond to the current most stringent upper limits forb→sτltransitions. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for supersymmetry is presented in events with a single charged lepton, electron or muon, and multiple hadronic jets. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, recorded by the CMS experiment at the CERN LHC. The search targets gluino pair production, where the gluinos decay into final states with the lightest supersymmetric particle (LSP) and either a top quark-antiquark ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ tt¯ ) pair, or a light-flavor quark-antiquark ($$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$ qq¯ ) pair and a virtual or on-shell W boson. The main backgrounds,$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ tt¯ pair and W+jets production, are suppressed by requirements on the azimuthal angle between the momenta of the lepton and of its reconstructed parent W boson candidate, and by top quark and W boson identification based on a machine-learning technique. The number of observed events is consistent with the expectations from standard model processes. Limits are evaluated on supersymmetric particle masses in the context of two simplified models of gluino pair production. Exclusions for gluino masses reach up to 2120 (2050) GeV at 95% confidence level for a model with gluino decay to a$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ tt¯ pair (a$$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$ qq¯ pair and a W boson) and the LSP. For the same models, limits on the mass of the LSP reach up to 1250 (1070) GeV. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> We report a search for the lepton-flavor-violating decaysτ±→ℓ±α(ℓ=e,μ), whereαis an undetected spin-0 particle, such as an axion-like particle using 736 × 106tau lepton pairs collected by the Belle detector at the KEKB asymmetric-energye+e−collider. We find no evidence of signal and obtain the most stringent upper limits on the branching fractions at 95% confidence level:$$\mathcal{B}$$(τ±→ e±α) < (0.4–6.4)×10−4and$$\mathcal{B}$$(τ±→ μ±α) < (0.2–3.5)×10−4at 95% confidence level for anαmass in the range 0.0≤ mα≤1.6 GeV/c2. 
    more » « less
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