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Title: Searches for lepton-flavour-violating decays of the Higgs boson into $eτ$ and $μτ$ in $$ \sqrt{s}$$ = 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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This paper presents direct searches for lepton flavour violation in Higgs boson decays, H → eτ and H → μτ, performed using data collected with the ATLAS detector at the LHC. The searches are based on a data sample of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb–1. Leptonic (τ → ℓνντ) and hadronic (τ → hadrons ντ) decays of the τ-lepton are considered. Two background estimation techniques are employed: the MC-template method, based on data-corrected simulation samples, and the Symmetry method, based on exploiting the symmetry between electrons and muons in the Standard Model backgrounds. No significant excess of events is observed and the results are interpreted as upper limits on lepton-flavour-violating branching ratios of the Higgs boson. The observed (expected) upper limits set on the branching ratios at 95% confidence level, $$\mathcal{B}$$(H → eτ) < 0.20% (0.12%) and $$\mathcal{B}$$(H → μτ ) < 0.18% (0.09%), are obtained with the MC-template method from a simultaneous measurement of potential H → eτ and H → μτ signals. The best-fit branching ratio difference, $$\mathcal{B}$$(H → μτ) → $$\mathcal{B}$$(H → eτ), measured with the Symmetry method in the channel where the τ-lepton decays to leptons, is (0.25 ± 0.10)%, compatible with a value of zero within 2.5σ.

Research Organization:
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
The ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231
OSTI ID:
2282074
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2023, Issue 7; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer NatureCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (59)

Global Conservation Laws and Massless Particles journal November 1964
A positive-weight next-to-leading-order Monte Carlo for heavy flavour hadroproduction journal September 2007
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Optuna: A Next-generation Hyperparameter Optimization Framework
  • Akiba, Takuya; Sano, Shotaro; Yanase, Toshihiko
  • KDD '19: The 25th ACM SIGKDD Conference on Knowledge Discovery and Data Mining, Proceedings of the 25th ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery & Data Mining https://doi.org/10.1145/3292500.3330701
conference July 2019
Beating the hold-out: bounds for K-fold and progressive cross-validation conference January 1999
Lepton flavor violating decays of Higgs bosons beyond the standard model journal November 2000
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Symmetry Breaking in Non-Abelian Gauge Theories journal March 1967
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Spontaneous Symmetry Breakdown without Massless Bosons journal May 1966
Mechanism for Nonconservation of Muon Number journal March 1977
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  • Elagin, A.; Murat, P.; Pranko, A.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 654, Issue 1 https://doi.org/10.1016/j.nima.2011.07.009
journal October 2011
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  • Agostinelli, S.; Allison, J.; Amako, K.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 506, Issue 3 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
journal July 2003
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