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Search for boosted low-mass resonances decaying into hadrons produced in association with a photon in pp collisions at $\sqrt{s}=$13 TeV with the ATLAS detector

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-188; arXiv:2408.00049

Abstract: Many extensions of the Standard Model, including those with dark matter particles, propose new mediator particles that decay into hadrons. This paper presents a search for such low mass narrow resonances decaying into hadrons using 140 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data recorded with the ATLAS detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The resonances are searched for in the invariant mass spectrum of large-radius jets with two-pronged substructure that are recoiling against an energetic photon from initial state radiation, which is used as a trigger to circumvent limitations on the maximum data recording rate. This technique enables the search for boosted hadronically decaying resonances in the mass range 20-100 GeV hitherto unprobed by the ATLAS Collaboration. The observed data are found to agree with Standard Model predictions and 95% confidence level upper limits are set on the coupling of a hypothetical new spin-1 $Z'$ resonance with Standard Model quarks as a function of the assumed $Z'$-boson mass in the range between 20 and 200 GeV.

Keyword(s): p p, scattering ; narrow resonance, mass ; radiation, initial-state interaction ; hadron ; ATLAS ; TeV ; GeV ; photon ; initial state ; dark matter ; mediation ; quark ; mass spectrum ; trigger ; structure


Note: 38 pages in total, author list starting page 21, 5 figures, 0 tables, submitted to JHEP. All figures including auxiliary figures are available a http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/EXOT-2022-33

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project 469666862 - Präzisionstests des Standardmodells unter der Verwendung von geboosteten W/Z-Bosonen am Large Hadron Collider (469666862) (469666862)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2024
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