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Search for lepton-flavour violation in high-mass dilepton final states using 139 $\mathrm{fb}^{-1}$ of $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ATLAS detector

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2023

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Report No.: CERN-EP-2023-089; arXiv:2307.08567

Abstract: A search is performed for a heavy particle decaying into different-flavour, dilepton final states, using 139 $\mathrm{fb}^{-1}$ of proton--proton collision data at $\sqrt{s}=13$ TeV collected in 2015--2018 by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Final states with electrons, muons and hadronically decaying tau leptons are considered ($e\mu$, $e\tau$ or $\mu\tau$). No significant excess over the Standard Model predictions is observed. Upper limits on the production cross-section are set as a function of the mass of a Z' boson, a supersymmetric $\tau$-sneutrino, and a quantum black-hole. The observed 95% CL lower mass limits obtained on a typical benchmark model Z' boson are 5.0 TeV (e$\mu$), 4.0 TeV (e$\tau$), and 3.9 TeV ($\mu\tau$), respectively.

Keyword(s): p p: colliding beams ; dilepton: final state ; Z': leptonic decay ; tau: hadronic decay ; Z': mass ; mass: lower limit ; stau: mass ; Z': model ; particle: heavy ; black hole: quantum ; p p: scattering ; lepton: flavor: violation ; dilepton: mass spectrum ; ATLAS ; muon ; benchmark ; electron ; CERN LHC Coll ; supersymmetry: parameter space ; channel cross section: upper limit ; mass dependence ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: 47 pages in total, author list starting page 30, 6 figures, 7 tables, submitted to Journal of High Energy Physics (JHEP). All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/EXOT-2019-20/

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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