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

Search for pair-produced vector-like top and bottom partners in events with large missing transverse momentum in $pp$ collisions with the ATLAS detector

Journal Article · · European Physical Journal. C, Particles and Fields (Online)
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  1. Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) (France); Aix-Marseille Univ., Marseille (France); ATLAS Collaboration. et al.
A search for pair-produced vector-like quarks using events with exactly one lepton ($$e$$ or $$μ$$), at least four jets including at least one $$b$$-tagged jet, and large missing transverse momentum is presented. Data from proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV, recorded by the ATLAS detector at the LHC from 2015 to 2018 and corresponding to an integrated luminosity of 139 fb–1, are analysed. Vector-like partners $$T$$ and $$B$$ of the top and bottom quarks are considered, as is a vector-like $$X$$ with charge +5/3, assuming their decay into a $$W$$, $$Z$$, or Higgs boson and a third-generation quark. No significant deviations from the Standard Model expectation are observed. Upper limits on the production cross-section of $$T$$ and $$B$$ quark pairs as a function of their mass are derived for various decay branching ratio scenarios. The strongest lower limits on the masses are 1.59 assuming mass-degenerate vector-like quarks and branching ratios corresponding to the weak-isospin doublet model, and 1.47 TeV (1.46 TeV) for exclusive $$T$$→$Zt$ ($B/X$$→$$Wt$) decays. In addition, lower limits on the $$T$$ and $$B$$ quark masses are derived for all possible branching ratios.
Research Organization:
Brookhaven National Laboratory (BNL), Upton, NY (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States)
Sponsoring Organization:
National Science Foundation (NSF); USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231
OSTI ID:
2281857
Journal Information:
European Physical Journal. C, Particles and Fields (Online), Journal Name: European Physical Journal. C, Particles and Fields (Online) Journal Issue: 8 Vol. 83; ISSN 1434-6052
Publisher:
Springer NatureCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (82)

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The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
Search for pair production of up-type vector-like quarks and for four-top-quark events in final states with multiple b-jets with the ATLAS detector journal July 2018
Search for pair production of vector-like top quarks in events with one lepton, jets, and missing transverse momentum in s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV pp collisions with the ATLAS detector journal August 2017
Search for pair production of heavy vector-like quarks decaying into high-pT W bosons and top quarks in the lepton-plus-jets final state in pp collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV with the ATLAS detector journal August 2018
Search for vector-like T and B quark pairs in final states with leptons at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal August 2018
Performance of the missing transverse momentum triggers for the ATLAS detector during Run-2 data taking journal August 2020
A critical appraisal of NLO+PS matching methods journal September 2012
Search for pair production of heavy vector-like quarks decaying to high-p T W bosons and b quarks in the lepton-plus-jets final state in pp collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV with the ATLAS detector journal October 2017
Search for new phenomena in events with same-charge leptons and b-jets in pp collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV with the ATLAS detector journal December 2018
Composite Higgs scalars journal March 1984
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The EvtGen particle decay simulation package journal April 2001
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HATHOR – HAdronic Top and Heavy quarks crOss section calculatoR journal April 2011
Top++: A program for the calculation of the top-pair cross-section at hadron colliders journal November 2014
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HatHor  for single top-quark production: Updated predictions and uncertainty estimates for single top-quark production in hadronic collisions journal June 2015
Collier: A fortran-based complex one-loop library in extended regularizations journal March 2017
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Parton distributions with LHC data journal February 2013
Measurement of W± and Z-boson production cross sections in pp collisions at s = 13  TeV with the ATLAS detector journal August 2016
Search for pair production of vector-like quarks in the b W b ‾ W channel from proton–proton collisions at s = 13 TeV journal April 2018
Mixing with vector-like quarks: constraints and expectations journal January 2013
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
A variable for measuring masses at hadron colliders when missing energy is expected; m T 2 : the truth behind the glamour journal September 2003
PDF4LHC recommendations for LHC Run II journal January 2016
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A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
A positive-weight next-to-leading-order Monte Carlo for heavy flavour hadroproduction journal September 2007
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
A parton shower algorithm based on Catani-Seymour dipole factorisation journal March 2008
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
Single-top hadroproduction in association with a W boson journal July 2008
Comix, a new matrix element generator journal December 2008
QCD matrix elements and truncated showers journal May 2009
Identifying top partners at LHC journal November 2009
Electron and photon performance measurements with the ATLAS detector using the 2015–2017 LHC proton-proton collision data journal December 2019
ATLAS data quality operations and performance for 2015–2018 data-taking journal April 2020
The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider journal August 2008
Search for bottom-type, vectorlike quark pair production in a fully hadronic final state in proton-proton collisions at s = 13     TeV journal December 2020
Dynamics of spontaneous symmetry breaking in the Weinberg-Salam theory journal November 1979
High-precision QCD at hadron colliders: Electroweak gauge boson rapidity distributions at next-to-next-to leading order journal May 2004
Light custodians in natural composite Higgs models journal March 2007
Two-loop soft anomalous dimensions for single top quark associated production with a W − or H − journal September 2010
Handbook of vectorlike quarks: Mixing and single production journal November 2013
Search for the standard model Higgs boson produced in association with top quarks and decaying into a b b ¯ pair in p p collisions at s = 13     TeV with the ATLAS detector journal April 2018
Search for pair production of heavy vectorlike quarks decaying into hadronic final states in p p collisions at s = 13     TeV with the ATLAS detector journal November 2018
Search for pair and single production of vectorlike quarks in final states with at least one Z boson decaying into a pair of electrons or muons in p p collision data collected with the ATLAS detector at s = 13     TeV journal December 2018
Scattering Amplitudes with Open Loops journal March 2012
Combined Measurement of the Higgs Boson Mass in p p Collisions at s = 7 and 8 TeV with the ATLAS and CMS Experiments journal May 2015
Combination of the Searches for Pair-Produced Vectorlike Partners of the Third-Generation Quarks at s = 13     TeV with the ATLAS Detector journal November 2018
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Single-top Wt-channel production matched with parton showers using the POWHEG method journal February 2011
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Jet reconstruction and performance using particle flow with the ATLAS Detector journal July 2017
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
Search for vector-like quarks in events with two oppositely charged leptons and jets in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\text {V} $$ s = 13 Te journal April 2019
OpenLoops 2 journal October 2019
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
Measurements of top-quark pair differential and double-differential cross-sections in the $$\ell $$ℓ+jets channel with pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$s=13 TeV using the ATLAS detector journal December 2019
Measurements of WH and ZH production in the $$H \rightarrow b\bar{b}$$ decay channel in pp collisions at $$13\,\text {Te}\text {V}$$ with the ATLAS detector journal February 2021
Measurement of the $$t\bar{t}$$ production cross-section and lepton differential distributions in $$e\mu $$ dilepton events from pp collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$ with the ATLAS detector journal June 2020
Muon reconstruction and identification efficiency in ATLAS using the full Run 2 pp collision data set at $$\sqrt{s}=13$$ TeV journal July 2021
Jet energy scale and resolution measured in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV with the ATLAS detector journal August 2021
Measurement of the c-jet mistagging efficiency in $$t\bar{t}$$ events using pp collision data at $$\sqrt{s}=13$$ $$\text {TeV}$$ collected with the ATLAS detector journal January 2022
Little Higgs Theories journal December 2005
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Search for pair-produced vector-like top and bottom partners in events with large missing transverse momentum in pp collisions with the ATLAS detector collection January 2023
Event generation with Sherpa 2.2 journal January 2019
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