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Journal Article PUBDB-2023-07751
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Search for Z′ bosons decaying to pairs of heavy Majorana neutrinos in proton-proton collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV

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2023
SISSA [Trieste]

Journal of high energy physics 11(11), 181 () [10.1007/JHEP11(2023)181]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2023-115; CMS-EXO-20-006; arXiv:2307.06959

Abstract: A search for the production of pairs of heavy Majorana neutrinos (N$_{ℓ}$) from the decays of Z′ bosons is performed using the CMS detector at the LHC. The data were collected in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of $ \sqrt{s} $ = 13 TeV, with an integrated luminosity of 138 fb$^{−1}$. The signature for the search is an excess in the invariant mass distribution of the final-state objects, two same-flavor leptons (e or μ) and at least two jets. No significant excess of events beyond the expected background is observed. Upper limits at 95% confidence level are set on the product of the Z′ production cross section and its branching fraction to a pair of N$_{ℓ}$, as functions of N$_{ℓ}$ and Z′ boson masses ($ {m}_{{\textrm{N}}_{\ell }} $ and $ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $, respectively) for $ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $ from 0.4 to 4.6 TeV and $ {m}_{{\textrm{N}}_{\ell }} $ from 0.1 TeV to $ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $/2. In the theoretical framework of a left-right symmetric model, exclusion bounds in the $ {m}_{{\textrm{N}}_{\ell }} $-$ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $ plane are presented in both the electron and muon channels. The observed upper limit on $ {m}_{{\textrm{Z}}^{\prime }} $ reaches up to 4.42 TeV. These are the most restrictive limits to date on the mass of N$_{ℓ}$ as a function of the Z′ boson mass.[graphic not available: see fulltext]

Keyword(s): p p: colliding beams ; Z': mass ; p p: scattering ; neutrino: Majorana ; neutrino: pair production ; Z': leptonic decay ; Z': hadroproduction ; neutrino: heavy ; left-right ; muon ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; mass dependence ; electron ; dilepton: mass spectrum ; CERN LHC Coll ; background ; signature ; dijet: mass spectrum ; CMS ; mass: upper limit ; experimental results ; 13000 GeV-cms ; Beyond Standard Model ; Hadron-Hadron Scattering

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)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2023
Database coverage:
Medline ; Creative Commons Attribution CC BY 4.0 ; SCOAP3 OpenAccess ; DOAJ ; OpenAccess ; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; DOAJ Seal ; Ebsco Academic Search ; Essential Science Indicators ; IF >= 5 ; JCR ; National-Konsortium ; SCOAP3 sponsored Journal ; SCOPUS ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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