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Search for a light charged Higgs boson in $t \to H^\pm b$ decays, with $H^\pm \to cs$, 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-2024-185; arXiv:2407.10096

Abstract: A search for a light charged Higgs boson produced in decays of the top quark, $t \to H^\pm b$ with $H^\pm \to cs$, is presented. This search targets the production of top-quark pairs $t\bar{t} \to Wb H^\pm b$, with $W \to \ell\nu$ ($\ell = e, \mu$), resulting in a lepton-plus-jets final state characterised by an isolated electron or muon and at least four jets. The search exploits $b$-quark and $c$-quark identification techniques as well as multivariate methods to suppress the dominant $t\bar{t}$ background. The data analysed correspond to 140 $\text{fb}^{-1}$ of $pp$ collisions at $\sqrt{s} = 13$ TeV recorded with the ATLAS detector at the LHC between 2015 and 2018. Observed (expected) 95% confidence-level upper limits on the branching fraction $\mathscr{B}(t\to H^\pm b)$, assuming $\mathscr{B}(t\to Wb) + \mathscr{B}(t \to H^\pm (\to cs)b)=1.0$, are set between 0.066% (0.077%) and 3.6% (2.3%) for a charged Higgs boson with a mass between 60 GeV and 168 GeV.

Keyword(s): Higgs particle, charged particle ; top, pair production ; p p, scattering ; top, decay ; top, production ; GeV ; ATLAS ; TeV ; muon ; branching ratio ; electron ; CERN LHC Coll ; background


Note: 48 pages in total, author list starting page 31, 6 figures, 4 tables, submitted to EPJC. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HDBS-2020-11

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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