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

Search for quantum black hole production in lepton+jet final states using proton-proton collisions at s =13 TeV with the ATLAS detector

Journal Article · · Physical Review. D.
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  1. SLAC
A search for quantum black holes in electron + jet and muon + jet invariant mass spectra is performed with 140 fb-1 of data collected by the ATLAS detector in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ =13 TeV at the Large Hadron Collider. The observed invariant mass spectrum of lepton + jet pairs is consistent with Standard Model expectations. Upper limits are set at 95% confidence level on the production cross section times branching fractions for quantum black holes decaying into a lepton and a quark in a search region with invariant mass above 2.0 TeV. The resulting quantum black hole lower mass threshold limit is 9.2 TeV in the Arkani-Hamed-Dimopoulos-Dvali model, and 6.8 TeV in the Randall-Sundrum model.
Research Organization:
SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC)
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-76SF00515
OSTI ID:
2405022
Journal Information:
Physical Review. D., Journal Name: Physical Review. D. Journal Issue: 3 Vol. 109; ISSN 2470-0010
Publisher:
American Physical Society (APS)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (82)

Search for narrow resonances and quantum black holes in inclusive and b-tagged dijet mass spectra from pp collisions at $ \sqrt{s}=7 $ TeV journal January 2013
ATLAS search for new phenomena in dijet mass and angular distributions using pp collisions at $ \sqrt{s}=7 $ TeV journal January 2013
Automatic spin-entangled decays of heavy resonances in Monte Carlo simulations journal March 2013
Search for strong gravity in multijet final states produced in pp collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV using the ATLAS detector at the LHC journal March 2016
Search for new resonances in mass distributions of jet pairs using 139 fb−1 of pp collisions at s$$ \sqrt{\mathrm{s}} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector journal March 2020
QCD matrix elements + parton showers. The NLO case journal April 2013
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
Search for lepton-flavor violating decays of heavy resonances and quantum black holes to eμ final states in proton-proton collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal April 2018
Search for heavy resonances and quantum black holes in eμ, eτ, and μτ final states in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV journal May 2023
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Search for new physics with dijet angular distributions in proton-proton collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal July 2017
Measurements of b-jet tagging efficiency with the ATLAS detector using t t ¯ $$ t\overline{t} $$ events at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal August 2018
A critical appraisal of NLO+PS matching methods journal September 2012
Single-top t-channel hadroproduction in the four-flavour scheme with POWHEG and aMC@NLO journal September 2012
Search for lepton-flavour violation in high-mass dilepton final states using 139 fb−1 of pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector journal October 2023
Search for black holes and sphalerons in high-multiplicity final states in proton-proton collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal November 2018
The EvtGen particle decay simulation package journal April 2001
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
The hierarchy problem and new dimensions at a millimeter journal June 1998
New dimensions at a millimeter to a fermi and superstrings at a TeV journal September 1998
Monte Carlo event generator for black hole production and decay in proton–proton collisions – QBH version 1.02 journal November 2010
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
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
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
Parton distributions with LHC data journal February 2013
Colorful quantum black holes at the LHC journal September 2008
Search for new phenomena in photon+jet events collected in proton–proton collisions at s=8 TeV with the ATLAS detector journal January 2014
ZZ production at the LHC: Fiducial cross sections and distributions in NNLO QCD journal November 2015
Search for new phenomena in dijet mass and angular distributions from pp collisions at s = 13   TeV with the ATLAS detector journal March 2016
Search for black holes and other new phenomena in high-multiplicity final states in proton–proton collisions at s = 13 TeV journal November 2017
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Quantum black holes with charge, color and spin at the LHC journal August 2010
QCD Matrix Elements + Parton Showers journal November 2001
Inclusive jet production, parton distributions, and the search for new physics journal October 2003
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
Black holes and quantum gravity at the LHC journal May 2008
Comix, a new matrix element generator journal December 2008
QCD matrix elements and truncated showers journal May 2009
NLO single-top production matched with shower in POWHEG: s - and t -channel contributions journal September 2009
A search for new physics in dijet mass and angular distributions in pp collisions at \sqrt{s}=7 TeV measured with the ATLAS detector journal May 2011
Production and integration of the ATLAS Insertable B-Layer journal May 2018
The new LUCID-2 detector for luminosity measurement and monitoring in ATLAS journal July 2018
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
Performance of the ATLAS muon triggers in Run 2 journal September 2020
The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider journal August 2008
Search for a heavy charged boson in events with a charged lepton and missing transverse momentum from p p collisions at s = 13     TeV with the ATLAS detector journal September 2019
Black holes from cosmic rays: Probes of extra dimensions and new limits on TeV-scale gravity journal June 2002
High-precision QCD at hadron colliders: Electroweak gauge boson rapidity distributions at next-to-next-to leading order journal May 2004
Search for high-mass dilepton resonances in p p collisions at s = 8     TeV with the ATLAS detector journal September 2014
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Jet energy scale measurements and their systematic uncertainties in proton-proton collisions at s = 13     TeV with the ATLAS detector journal October 2017
Scattering Amplitudes with Open Loops journal March 2012
Search for Quantum Black Hole Production in High-Invariant-Mass Lepton + Jet Final States Using p p Collisions at s = 8     TeV and the ATLAS Detector journal March 2014
Measurement of the Inelastic Proton-Proton Cross Section at s = 13     TeV with the ATLAS Detector at the LHC journal October 2016
Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension journal October 1999
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
HistFitter software framework for statistical data analysis journal April 2015
Search for new phenomena in final states with an energetic jet and large missing transverse momentum in pp collisions at $$\sqrt{s}=8~$$ s = 8 TeV with the ATLAS detector journal July 2015
Erratum to: Search for new phenomena in final states with an energetic jet and large missing transverse momentum in pp collisions at $$\sqrt{s}=8~$$ s = 8 TeV with the ATLAS detector journal September 2015
Muon reconstruction performance of the ATLAS detector in proton–proton collision data at $$\sqrt{s}$$ s =13 TeV journal May 2016
Search for new phenomena in different-flavour high-mass dilepton final states in pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$ s = 13  Tev with the ATLAS detector journal October 2016
Performance of pile-up mitigation techniques for jets in $$pp$$ p p collisions at $$\sqrt{s}=8$$ s = 8  TeV using the ATLAS detector journal October 2016
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Topological cell clustering in the ATLAS calorimeters and its performance in LHC Run 1 journal July 2017
Search for heavy particles decaying into top-quark pairs using lepton-plus-jets events in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ s = 13   $$\text {TeV}$$ TeV with the ATLAS detector journal July 2018
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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
Performance of electron and photon triggers in ATLAS during LHC Run 2 journal January 2020
Determination of jet calibration and energy resolution in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 8~\hbox {TeV}$$ using the ATLAS detector journal December 2020
Luminosity determination in pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV using the ATLAS detector at the LHC journal October 2023
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