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U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Search for the rare decay of the W boson into a pion and a photon in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s}$$=13TeV

Journal Article · · Physics Letters. B
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A search is performed for the rare decay W±π±γ in proton-proton collisions at s =13TeV . Data corresponding to an integrated luminosity of 137 fb-1 were collected during 2016 to 2018 with the CMS detector. This analysis exploits a novel search strategy based on W boson production in top quark pair events. An inclusive search for the W±π±γ decay is not optimal at the LHC because of the high trigger thresholds. Instead, a trigger selection is exploited in which the W boson originating from one of the top quarks is used to tag the event in a leptonic decay. The W boson emerging from the other top quark is used to search for the W±π±γ signature. Such decays are characterized by an isolated track pointing to a large energy deposit, and by an isolated photon of large transverse momentum. The presence of b quark jets reduces the background from the hadronization of light-flavor quarks and gluons. The W±π±γ decay is not observed. An upper exclusion limit is set to this branching fraction, corresponding to 1.50×10-5 at 95% confidence level, whereas the expected upper exclusion limit is 0.85-0.29+0.52 ×10-5 .
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:
1774284
Report Number(s):
CERN-EP--2020-197; CMS-SMP--20-008; FERMILAB-PUB--21-178-CMS; arXiv:2011.06028; oai:inspirehep.net:1829749
Journal Information:
Physics Letters. B, Journal Name: Physics Letters. B Vol. 819; ISSN 0370-2693
Publisher:
ElsevierCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (12)

Geant4—a simulation toolkit
  • 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
Confidence level computation for combining searches with small statistics journal September 1999
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Search for the rare radiative decay W → π γ in p p ¯ collisions at s = 1.96     TeV journal February 2012
Prospects for measuring the Higgs boson coupling to light quarks journal January 2016
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Rare exclusive hadronic W decays in a $$t\bar{t}$$ t t ¯ environment journal June 2015
Event generator tunes obtained from underlying event and multiparton scattering measurements journal March 2016
Measurement of the $$\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}} $$ t t ¯ production cross section using events in the $$\mathrm {e}\mu $$ e μ final state in pp collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV journal March 2017
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Extraction and validation of a new set of CMS pythia8 tunes from underlying-event measurements journal January 2020


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