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Search for heavy Higgs bosons with flavour-violating couplings in multi-lepton plus $b$-jets final states in $pp$ collisions at 13 TeV with the ATLAS detector

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2023

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Report No.: CERN-EP-2023-040; arXiv:2307.14759

Abstract: A search for new heavy scalars with flavour-violating decays in final states with multiple leptons and $b$-tagged jets is presented. The results are interpreted in terms of a general two-Higgs-doublet model involving an additional scalar with couplings to the top-quark and the three up-type quarks ($\rho_{tt}$, $\rho_{tc}$, and $\rho_{tu}$). The targeted signals lead to final states with either a same-sign top-quark pair, three top-quarks, or four top-quarks. The search is based on a data sample of proton-proton collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV recorded with the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 139f b$^{-1}$. Events are categorised depending on the multiplicity of light charged leptons (electrons or muons), total lepton charge, and a deep-neural-network-based categorisation to enhance the purity of each of the signals. Masses of an additional scalar boson $m_{H}$ between $200-630$ GeV with couplings $\rho_{tt}=0.4$, $\rho_{tc}=0.2$, and $\rho_{tu}=0.2$ are excluded at 95% confidence level. Additional interpretations are provided in models of $R$-parity violating supersymmetry, motivated by the recent flavour and $(g-2)_\mu$ anomalies.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; Higgs particle: heavy ; Higgs particle: doublet ; Higgs particle: rare decay ; boson: scalar ; lepton: charge ; jet: bottom ; bottom: particle identification ; ATLAS ; electron ; lepton: multiplicity ; muon: magnetic moment ; CERN LHC Coll ; same sign ; supersymmetry: parameter space ; R parity: violation ; lepton number: violation ; flavor: violation ; magnetic moment: anomaly ; neural network ; channel cross section: upper limit ; data analysis method ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: 65 pages in total, author list starting page 48, 17 figures, 9 tables, submitted to JHEP. All figures including auxiliary figures are available at http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HDBS-2020-03/

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2023
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