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Title: Search for production of four top quarks in final states with same-sign or multiple leptons in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ $${TeV}$$

Journal Article · · European Physical Journal. C, Particles and Fields
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The standard model (SM) production of four top quarks ($$\text {t} {}{\overline{\text {t}}} \text {t} {}{\overline{\text {t}}} $$) in proton–proton collisions is studied by the CMS Collaboration. The data sample, collected during the 2016–2018 data taking of the LHC, corresponds to an integrated luminosity of 137$$\,\text {fb}^{-1}$$ at a center-of-mass energy of 13$$\,\text {TeV}$$. The events are required to contain two same-sign charged leptons (electrons or muons) or at least three leptons, and jets. The observed and expected significances for the $$\text {t} {}{\overline{\text {t}}} \text {t} {}{\overline{\text {t}}} $$ signal are respectively 2.6 and 2.7 standard deviations, and the $$\text {t} {}{\overline{\text {t}}} \text {t} {}{\overline{\text {t}}} $$ cross section is measured to be $$12.6^{+5.8}_{-5.2}\,\text {fb} $$. The results are used to constrain the Yukawa coupling of the top quark to the Higgs boson, $$y_{\text {t}}$$, yielding a limit of $$|y_{\text {t}}/y_{\text {t}}^{\mathrm {SM}} | < 1.7$$ at $$95\%$$ confidence level, where $$y_{\text {t}}^{\mathrm {SM}}$$ is the SM value of $$y_{\text {t}}$$. They are also used to constrain the oblique parameter of the Higgs boson in an effective field theory framework, $$\hat{H}<0.12$$. Limits are set on the production of a heavy scalar or pseudoscalar boson in Type-II two-Higgs-doublet and simplified dark matter models, with exclusion limits reaching 350–470$$\,\text {GeV}$$ and 350–550$$\,\text {GeV}$$ for scalar and pseudoscalar bosons, respectively. Upper bounds are also set on couplings of the top quark to new light particles.

Research Organization:
Brown Univ., Providence, RI (United States); Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States); Univ. of California, Santa Barbara, CA (United States); Univ. of Colorado, Boulder, CO (United States)
Sponsoring Organization:
National Science Foundation (NSF); USDOE Office of Science (SC); USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP); USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231; AC02-07CH11359; SC0010005; SC0010010; SC0011702
OSTI ID:
1568864
Report Number(s):
CERN-EP--2019-163; CMS-TOP--18-003; FERMILAB-PUB--19-507-CMS; arXiv:1908.06463; oai:inspirehep.net:1750186
Journal Information:
European Physical Journal. C, Particles and Fields, Journal Name: European Physical Journal. C, Particles and Fields Journal Issue: 2 Vol. 80; ISSN 1434-6044
Publisher:
SpringerCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

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Large NLO corrections in t t ¯ W ± $$ t\overline{t}{W}^{\pm } $$ and t t ¯ t t ¯ $$ t\overline{t}t\overline{t} $$ hadroproduction from supposedly subleading EW contributions journal February 2018
Search for dark matter produced in association with a single top quark or a top quark pair in proton-proton collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal March 2019
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
A Monte Carlo global analysis of the Standard Model Effective Field Theory: the top quark sector journal April 2019
The hunt for the rest of the Higgs bosons journal June 2015
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
Measurement of the inelastic proton-proton cross section at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal July 2018
Measurements of the Higgs boson production and decay rates and constraints on its couplings from a combined ATLAS and CMS analysis of the LHC pp collision data at s = 7 $$ \sqrt{s}=7 $$ and 8 TeV journal August 2016
Measurement of the cross section for top quark pair production in association with a W or Z boson in proton-proton collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal August 2018
W+W−, WZ and ZZ production in the POWHEG BOX journal November 2011
Merging meets matching in MC@NLO journal December 2012
Maximally symmetric two Higgs doublet model with natural standard model alignment journal December 2014
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
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Particle-flow reconstruction and global event description with the CMS detector journal October 2017
Identification of heavy-flavour jets with the CMS detector in pp collisions at 13 TeV journal May 2018
Performance of missing transverse momentum reconstruction in proton-proton collisions at √ s = 13 TeV using the CMS detector journal July 2019
The CMS experiment at the CERN LHC journal August 2008
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at √s = 7 TeV journal October 2012
Dual Theory for Free Fermions journal May 1971
Probing Higgs width and top quark Yukawa coupling from t t ¯ H and t t ¯ t t ¯ productions journal March 2017
Search for four-top-quark production in the single-lepton and opposite-sign dilepton final states in p p collisions at s = 13     TeV with the ATLAS detector journal March 2019
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Observation of t t ¯ H Production journal June 2018
Comparative study of various algorithms for the merging of parton showers and matrix elements in hadronic collisions journal December 2007
A comprehensive approach to new physics simulations journal February 2011
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
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$$W^+W^-$$ W + W - , $$WZ$$ W Z and $$ZZ$$ Z Z production in the POWHEG-BOX-V2 journal January 2014
Tuning PYTHIA 8.1: the Monash 2013 tune journal August 2014
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Search for new physics in same-sign dilepton events in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV journal August 2016
Search for physics beyond the standard model in events with two leptons of same sign, missing transverse momentum, and jets in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV journal September 2017
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Search for standard model production of four top quarks with same-sign and multilepton final states in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV journal February 2018
A Supersymmetry Primer book April 2010
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Jet energy scale and resolution in the CMS experiment in pp collisions at 8 TeV text January 2017
Particle-flow reconstruction and global event description with the CMS detector text January 2017
Identification of heavy-flavour jets with the CMS detector in pp collisions at 13 TeV text January 2018
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Handbook of LHC Higgs Cross Sections: 4. Deciphering the Nature of the Higgs Sector report October 2016
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Jet energy scale and resolution in the CMS experiment in pp collisions at 8 TeV text January 2017
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