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Search for a new scalar decaying into new spin-1 bosons in four-lepton final states with the ATLAS detector

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-248; arXiv:2410.16781

Abstract: A search is conducted for a new scalar boson $S$, with a mass distinct from that of the Higgs boson, decaying into four leptons ($\ell =$$e$, $\mu$) via an intermediate state containing two on-shell, promptly decaying new spin-1 bosons $Z_\text{d}$: $S \rightarrow Z_\text{d}Z_\text{d} \rightarrow 4\ell$, where the $Z_\text{d}$ boson has a mass between 15 and 300 GeV, and the $S$ boson has a mass between either 30 and 115 GeV or 130 and 800 GeV. The search uses proton-proton collision data collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider with an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$ at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s}=13$ TeV. No significant excess above the Standard Model background expectation is observed. Upper limits at 95% confidence level are set on the production cross-section times branching ratio, $\sigma(gg \to S) \times \mathcal{B}(S\rightarrow Z_\text{d}Z_\text{d} \rightarrow 4\ell)$, as a function of the mass of both particles, $m_S$ and $m_{Z\text{d}}$.


Note: 35 pages in total, author list starting page 18, 6 figures, 1 table, submitted to Phys. Lett. B. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HDBS-2021-13/ eutsche Forschungsgemeinschaft (DFG - CR 312/5-1);

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. REALDARK - REAL-time discovery strategies for DARK matter and dark sector signals at the ATLAS detector with Run-3 LHC data (101002463) (101002463)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2024
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Search for a new scalar decaying into new spin-1 bosons in four-lepton final states with the ATLAS detector
Physics letters / B 865, 139472 () [10.1016/j.physletb.2025.139472]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS


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