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Journal Article PUBDB-2023-05328
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Search for new physics using effective field theory in 13 TeV $pp$ collision events that contain a top quark pair and a boosted $Z$ or Higgs boson

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2023
Inst. Woodbury, NY

Physical review / D 108(3), 032008 () [10.1103/PhysRevD.108.032008]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2022-172; CMS-TOP-21-003; arXiv:2208.12837

Abstract: A data sample containing top quark pairs ($\mathrm{t\bar{t}}$) produced in association with a Lorentz-boosted Z or Higgs boson is used to search for signs of new physics using effective field theory. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$ of proton-proton collisions produced at a center-of-mass energy of 13 TeV at the LHC and collected by the CMS experiment. Selected events contain a single lepton and hadronic jets, including two identified with the decay of bottom quarks, plus an additional large-radius jet with high transverse momentum identified as a Z or Higgs boson decaying to a bottom quark pair. Machine learning techniques are employed to discriminate between $\mathrm{t\bar{t}}$Z or $\mathrm{t\bar{t}}$H events and events from background processes, which are dominated by $\mathrm{t\bar{t}}$ + jets production. No indications of new physics are observed. The signal strengths of boosted $\mathrm{t\bar{t}}$Z and $\mathrm{t\bar{t}}$H production are measured, and upper limits are placed on the $\mathrm{t\bar{t}}$Z and $\mathrm{t\bar{t}}$H differential cross sections as functions of the Z or Higgs boson transverse momentum. The effects of new physics are probed using a framework in which the standard model is considered to be the low-energy effective field theory of a higher energy scale theory. Eight possible dimension-six operators are added to the standard model Lagrangian and their corresponding coefficients are constrained via fits to the data.

Keyword(s): p p: colliding beams ; top: pair production ; Z0: associated production ; Higgs particle: associated production ; p p: scattering ; bottom: pair production ; bottom: particle identification ; jet: production ; Higgs particle: transverse momentum ; new physics: search for ; Z0: boosted particle ; Higgs particle: boosted particle ; jet: hadronic ; transverse momentum: high ; effective field theory ; operator: higher-dimensional ; dimension: 6 ; differential cross section: upper limit ; transverse momentum dependence ; machine learning ; final state: ((n)jet lepton) ; CERN LHC Coll ; background ; CMS ; statistical analysis ; data analysis method ; experimental results ; 13000 GeV-cms

Classification:
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)
  3. DFG project 390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2023
Database coverage:
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