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Search for a resonance decaying to a W boson and a photon in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV using leptonic W boson decays

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-143; CMS-EXO-21-017; arXiv:2406.05737

Abstract: A search for a new charged particle X with mass between 0.3 and 2.0 TeV decaying to a W boson and a photon is presented, using proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV, collected by the CMS experiment and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. Particle X has electric charge $\pm$1 and is assumed to have spin 0. The search is performed using the electron and muon decays of the W boson. No significant excess above the predicted background is observed. The upper limit at 95% confidence level on the product of the production cross section of the X and its branching fraction to a W boson and a photon is found to be 94 (137) fb for a 0.3 TeV resonance and 0.75 (0.81) fb for a 2.0 TeV resonance, for an X width-to-mass ratio of 0.01% (5%). This search presents the most stringent constraints to date on the existence of such resonances across the probed mass range. A statistical combination with an earlier study based on the hadronic decay mode of the W boson is also performed, and the upper limit at 95% confidence level for a 2.0 TeV resonance is reduced to 0.50 (0.63) fb for an X width-to-mass ratio of 0.01% (5%).

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; resonance: production ; resonance: radiative decay ; resonance: mass ; mass: width ; W: leptonic decay ; spin: 0 ; charge: electric ; W: decay modes ; muon ; photon ; background ; charged particle ; new particle ; W: hadronic decay ; electron ; statistical ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; CMS ; CERN LHC Coll ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: Submitted to the Journal of High Energy Physics. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/EXO-21-017 (CMS Public Pages)

Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project 390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  3. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2024
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 Record created 2024-07-22, last modified 2024-12-01


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