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Title: Search for Lepton-Flavor Violation in Z -Boson Decays with τ Leptons with the ATLAS Detector

Journal Article · · Physical Review Letters
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A search for lepton-flavor-violating Z→eτ and Z→μτ decays with pp collision data recorded by the ATLAS detector at the LHC is presented. This analysis uses 139 fb-1 of Run 2 pp collisions at $$\sqrt{s}$$=13 TeV and is combined with the results of a similar ATLAS search in the final state in which the τ lepton decays hadronically, using the same data set as well as Run 1 data. The addition of leptonically decaying τ leptons significantly improves the sensitivity reach for Z→ℓτ decays. The Z→ℓτ branching fractions are constrained in this analysis to $$\mathcal{B}$$(Z→eτ) < 7.0 x 10-6 and $$\mathcal{B}$$(Z→μτ) < 7.2×10-6 at 95% confidence level. The combination with the previously published analyses sets the strongest constraints to date: $$\mathcal{B}$$(Z→eτ) < 5.0 x 10-6 and $$\mathcal{B}$$(Z→μτ) < 6.5 x 10-6 at 95% confidence level.

Research Organization:
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231; AC02-76SF00515
OSTI ID:
1837603
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1843386; OSTI ID: 1862926
Journal Information:
Physical Review Letters, Journal Name: Physical Review Letters Vol. 127 Journal Issue: 27; ISSN 0031-9007
Publisher:
American Physical SocietyCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (24)

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FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
ATLAS b-jet identification performance and efficiency measurement with $$t{\bar{t}}$$tt¯ events in pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$s=13 TeV journal November 2019
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Performance of electron and photon triggers in ATLAS during LHC Run 2 journal January 2020
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Measurement of W± and Z-boson production cross sections in pp collisions at s = 13  TeV with the ATLAS detector journal August 2016
Muon reconstruction performance of the ATLAS detector in proton–proton collision data at $$\sqrt{s}$$ s =13 TeV journal May 2016
Performance of missing transverse momentum reconstruction with the ATLAS detector using proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13~\hbox {TeV}$$ s = 13 TeV journal November 2018
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Direct Evidence for Neutrino Flavor Transformation from Neutral-Current Interactions in the Sudbury Neutrino Observatory journal June 2002
Search for lepton flavour number violating $Z^0$ -decays journal January 1997