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Title: Search for Leptoquarks Coupled to Third-Generation Quarks in Proton-Proton Collisions at s = 13 TeV

Journal Article · · Physical Review Letters
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Three of the most significant measured deviations from standard model predictions, the enhanced decay rate for B $$\to$$ D$$^{(*)}\tau\nu$$, hints of lepton universality violation in B $$\to$$ K$$^{(*)}\ell\ell$$ decays, and the anomalous magnetic moment of the muon, can be explained by the existence of leptoquarks (LQs) with large couplings to third-generation quarks and masses at the TeV scale. The existence of these states can be probed at the LHC in high energy proton-proton collisions. A novel search is presented for pair production of LQs coupled to a top quark and a muon using data at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb$$^{-1}$$, recorded by the CMS experiment. No deviation from the standard model prediction has been observed and scalar LQs decaying exclusively into t$$\mu$$ are excluded up to masses of 1420 GeV. The results of this search are combined with those from previous searches for LQ decays into t$$\tau$$ and b$$\nu$$, which excluded scalar LQs below masses of 900 and 1080 GeV. Vector LQs are excluded up to masses of 1190 GeV for all possible combinations of branching fractions to t$$\mu$$, t$$\tau$$ and b$$\nu$$. With this analysis, all relevant couplings of LQs with an electric charge of -1/3 to third-generation quarks are probed for the first time.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1475046
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-18-518-CMS; arXiv:1809.05558; CMS-B2G-16-027; CERN-EP-2018-233; PRLTAO; 1694381
Journal Information:
Physical Review Letters, Vol. 121, Issue 24; ISSN 0031-9007
Publisher:
American Physical Society (APS)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 106 works
Citation information provided by
Web of Science

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Search for heavy neutrinos or third-generation leptoquarks in final states with two hadronically decaying τ leptons and two jets in proton-proton collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal March 2017
Search for third-generation scalar leptoquarks in the tτ channel in proton-proton collisions at s = 8 $$ \sqrt{s}=8 $$ TeV journal July 2015
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Particle-flow reconstruction and global event description with the CMS detector journal October 2017
Averages of b-hadron, c-hadron, and $$\tau $$ τ -lepton properties as of summer 2016 journal December 2017
Search for new phenomena with the $$M_{\mathrm {T2}}$$ M T 2 variable in the all-hadronic final state produced in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ s = 13 $$\,\text {TeV}$$ TeV journal October 2017
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Addendum to “Impact of polarization observables and Bc→τν on new physics explanations of the b→cτν anomaly” text January 2019
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Figures / Tables (2)