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Title: Search for physics beyond the standard model in multilepton final states in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s}$$ = 13 TeV

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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A search for physics beyond the standard model in events with at least three charged leptons (electrons or muons) is presented. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 137 fb-1 of proton-proton collisions at $$ \sqrt{s}$$ = 13 TeV, collected with the CMS detector at the LHC in 2016-2018. The two targeted signal processes are pair production of type-III seesaw heavy fermions and production of a light scalar or pseudoscalar boson in association with a pair of top quarks. The heavy fermions may be manifested as an excess of events with large values of leptonic transverse momenta or missing transverse momentum. The light scalars or pseudoscalars may create a localized excess in the dilepton mass spectra. The results exclude heavy fermions of the type-III seesaw model for masses below 880 GeV at 95% confidence level in the scenario of equal branching fractions to each lepton flavor. This is the most restrictive limit on the flavor-democratic scenario of the type-III seesaw model to date. Assuming a Yukawa coupling of unit strength to top quarks, branching fractions of new scalar (pseudoscalar) bosons to dielectrons or dimuons above 0.004 (0.03) and 0.04 (0.03) are excluded at 95% confidence level for masses in the range 15-75 and 108-340 GeV, respectively. These are the first limits in these channels on an extension of the standard model with scalar or pseudoscalar particles.

Research Organization:
Univ. of California, Los Angeles, CA (United States); Univ. of Colorado, Boulder, CO (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); 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); National Science Foundation (NSF); Nvidia Corporation; Welch Foundation; Weston Havens Foundation
Contributing Organization:
The CMS collaboration; The CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
SC0009937; SC0010005; AC02-05CH11231; AC02-07CH11359; C-1845
OSTI ID:
1608241
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1574956; OSTI ID: 1616120; OSTI ID: 1735473
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-19-586-CMS; arXiv:1911.04968; CMS-EXO-19-002; CERN-EP-2019-237; TRN: US2105029
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2020, Issue 3; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer BerlinCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 20 works
Citation information provided by
Web of Science

References (55)

Low energy effects of neutrino masses journal December 2007
Direct searches of Type-III seesaw triplet fermions at high energy $$e^+e^-$$ e + e - collider journal January 2018
The Next-To-Minimal Supersymmetric Extension of the Standard Model Reviewed journal July 2010
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
Scalar simplified models for dark matter journal January 2015
The tbar-t cross-section at 1.8 and 1.96 TeV: a study of the systematics due to parton densities and scale dependence journal April 2004
Constraining anomalous H V V interactions at proton and lepton colliders journal February 2014
The Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model journal November 2010
The catchment area of jets journal April 2008
Mechanism for understanding small neutrino mass in superstring theories journal February 1986
μ e γ and τ l γ decays in the fermion triplet seesaw model journal August 2008
Performance of electron reconstruction and selection with the CMS detector in proton-proton collisions at √ s = 8 TeV journal June 2015
Implementation of the type III seesaw model in FeynRules/MadGraph and prospects for discovery with early LHC data journal February 2012
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
MCFM for the Tevatron and the LHC journal August 2010
Gaugino production in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 8 TeV journal October 2012
Probing a light CP-odd scalar in di-top-associated production at the LHC journal October 2015
Neutrino masses and mixings in gauge models with spontaneous parity violation journal January 1981
Performance of Electron Reconstruction and Selection with the CMS Detector in Proton-Proton Collisions at √s = 8 TeV text January 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
Confidence level computation for combining searches with small statistics journal September 1999
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
Trial factors for the look elsewhere effect in high energy physics journal October 2010
μ→eγ at a rate of one out of 109 muon decays? journal April 1977
Merging meets matching in MC@NLO text January 2012
Signal for a light singlet scalar at the LHC journal March 2018
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
Precision predictions for electroweak superpartner production at hadron colliders with Resummino journal July 2013
Neutrino mass problem and gauge hierarchy journal July 1980
Parton distributions from high-precision collider data: NNPDF Collaboration journal October 2017
Constraining anomalous Higgs boson couplings to the heavy-flavor fermions using matrix element techniques journal September 2016
Pileup subtraction using jet areas journal January 2008
Light Scalars in Composite Higgs Models journal March 2019
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
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Spin determination of single-produced resonances at hadron colliders journal April 2010
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
Effects of new leptons in electroweak precision data journal July 2008
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations text January 2014
Merging meets matching in MC@NLO journal December 2012
Spin and parity of a single-produced resonance at the LHC journal November 2012
Clarification of the use of CHI-square and likelihood functions in fits to histograms journal April 1984
Low energy effects of neutrino masses text January 2007
Matching NLO QCD computations with Parton Shower simulations: the POWHEG method text January 2007
The anti-k_t jet clustering algorithm text January 2008
The Next-to-Minimal Supersymmetric extension of the Standard Model reviewed text January 2009
MCFM for the Tevatron and the LHC text January 2010
Merging meets matching in MC@NLO text January 2012
Probing a light CP-odd scalar in di-top-associated production at the LHC preprint January 2015
Direct searches of Type III seesaw triplet fermions at high energy $e^+e^-$ collider text January 2017
Trial factors for the look elsewhere effect in high energy physics text January 2010
Light scalars in composite Higgs models text January 2019