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Inclusive nonresonant multilepton probes of new phenomena at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2022

[10.3204/PUBDB-2022-01371]  GO

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Report No.: CERN-EP-2022-008; CMS-EXO-21-002; arXiv:2202.08676

Abstract: An inclusive search for nonresonant signatures of beyond the standard model (SM) phenomena in events with three or more charged leptons, including hadronically decaying $\tau$ leptons, is presented. The analysis is based on a data sample corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$ of proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, collected by the CMS experiment at the LHC in 2016-2018. Events are categorized based on the lepton and b-tagged jet multiplicities and various kinematic variables. Three scenarios of physics beyond the SM are probed, and signal-specific boosted decision trees are used for enhancing sensitivity. No significant deviations from the background expectations are observed. Lower limits are set at 95% confidence level on the mass of type-III seesaw heavy fermions in the range 845-1065 GeV for various decay branching fraction combinations to SM leptons. Doublet and singlet vector-like $\tau$ lepton extensions of the SM are excluded for masses below 1045 GeV and in the mass range 125-150 GeV, respectively. Scalar leptoquarks decaying exclusively to a top quark and a lepton are excluded below 1.12-1.42 TeV, depending on the lepton flavor. For the type-III seesaw as well as the vector-like doublet model, these constraints are the most stringent to date. For the vector-like singlet model, these are the first constraints from the LHC experiments. Detailed results are also presented to facilitate alternative theoretical interpretations.

Keyword(s): fermion, heavy ; lepton, flavor ; leptoquark, scalar ; p p, scattering ; jet, multiplicity ; GeV ; TeV ; seesaw model ; singlet ; CERN LHC Coll ; doublet ; branching ratio ; sensitivity ; kinematics ; background ; signature ; CMS


Note: Submitted to Physical Review D. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/EXO-21-002 (CMS Public Pages)
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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Physical review / D 105(11), 112007 () [10.1103/PhysRevD.105.112007]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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