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Title: Search for pair-produced scalar and vector leptoquarks decaying into third-generation quarks and first- or second-generation leptons in $pp$ collisions with the ATLAS detector

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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  1. Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Marseille (France). Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), Institut National de Physique Nucleaire et de Physique des Particules (IN2P3); Aix-Marseille Université (France); The ATLAS Collaboration. et al.

A search for pair-produced scalar and vector leptoquarks decaying into quarks and leptons of different generations is presented. It uses the full LHC Run 2 (2015–2018) data set of 139 fb-1 collected with the ATLAS detector in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV. Scalar leptoquarks with charge -(1/3)$$e$$ as well as scalar and vector leptoquarks with charge +(2/3)$$e$$ are considered. All possible decays of the pair-produced leptoquarks into quarks of the third generation ($t, b$) and charged or neutral leptons of the first or second generation ($e, μ, ν$) with exactly one electron or muon in the final state are investigated. No significant deviations from the Standard Model expectation are observed. Upper limits on the production cross-section are provided for eight models as a function of the leptoquark mass and the branching ratio of the leptoquark into the charged or neutral lepton. In addition, lower limits on the leptoquark masses are derived for all models across a range of branching ratios. Two of these models have the goal of providing an explanation for the recent $$B$$-anomalies. In both models, a vector leptoquark decays into charged and neutral leptons of the second generation with a similar branching fraction. Lower limits of 1980 GeV and 1710 GeV are set on the leptoquark mass for these two models.

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:
2282093
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2023, Issue 6; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer NatureCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (64)

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The new LUCID-2 detector for luminosity measurement and monitoring in ATLAS journal July 2018
High- $$p_T$$ p T signatures in vector–leptoquark models journal April 2019
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
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Stop the top background of the stop search journal July 2012
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Single-top Wt-channel production matched with parton showers using the POWHEG method journal February 2011
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Collier: A fortran-based complex one-loop library in extended regularizations journal March 2017
NNLL resummation for stop pair-production at the LHC journal May 2016
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Constraints on SU(5)-type leptoquarks journal September 1986
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Top++: A program for the calculation of the top-pair cross-section at hadron colliders journal November 2014
Pair production of scalar leptoquarks at the LHC to NLO parton shower accuracy journal February 2016
A nonsupersymmetric resolution of the anomalous muon magnetic moment journal May 2001
Event generation with Sherpa 2.2 journal January 2019
Lepton universality violation with lepton flavor conservation in B-meson decays journal October 2015
Transverse masses and kinematic constraints: from the boundary to the crease journal November 2009
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
Geant4—a simulation toolkit
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Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
R K and future b s physics beyond the standard model opportunities journal September 2014
Anomalies in B-decays and U(2) flavor symmetry journal February 2016
Automatic spin-entangled decays of heavy resonances in Monte Carlo simulations journal March 2013
Pair Production of Scalar Leptoquarks at the Fermilab Tevatron journal July 1997
QCD matrix elements and truncated showers journal May 2009
High-precision QCD at hadron colliders: Electroweak gauge boson rapidity distributions at next-to-next-to leading order journal May 2004
Dynamical breaking of weak interaction symmetries journal February 1980
A confining model of the weak interactions journal November 1981
Single-top hadroproduction in association with a W boson journal July 2008
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