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Search for vector-boson resonances decaying into a top quark and a bottom quark using $pp$ collisions at $\sqrt{s} = 13$ TeV with the ATLAS detector

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2023

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Report No.: CERN-EP-2023-149; arXiv:2308.08521

Abstract: A search for a new massive charged gauge boson, $W'$, is performed with the ATLAS detector at the LHC. The dataset used in this analysis was collected from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s} =13$ TeV, and corresponds to an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$. The reconstructed $tb$ invariant mass is used to search for a $W'$ boson decaying into a top quark and a bottom quark. The result is interpreted in terms of a $W'$ boson with purely right-handed or left-handed chirality in a mass range of 0.5-6 TeV. Different values for the coupling of the $W'$ boson to the top and bottom quarks are considered, taking into account interference with single-top-quark production in the $s$-channel. No significant deviation from the background prediction is observed. The results are expressed as upper limits on the $W' \rightarrow tb$ production cross-section times branching ratio as a function of the $W'$-boson mass and in the plane of the coupling vs the $W'$-boson mass.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; resonance: production ; vector boson: search for ; resonance: hadronic decay ; W': hadroproduction ; W': hadronic decay ; top: particle identification ; bottom: particle identification ; mass spectrum: (top bottom) ; ATLAS ; W': left-handed ; W': coupling ; W': mass ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; mass dependence ; interference ; CERN LHC Coll ; background ; gauge boson ; W': right-handed ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: 60 pages in total, author list starting page 43, 14 figures, 6 tables, submitted to JHEP. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/EXOT-2021-36

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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