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Search for charged-lepton flavour violation in top quark interactions with an up-type quark, a muon, and a $\tau$ lepton in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2025

[10.3204/PUBDB-2025-01756]  GO

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Report No.: CERN-EP-2025-029; CMS-TOP-22-011; arXiv:2504.08532

Abstract: A search for charged-lepton flavour violation (CLFV) in top quark (t) production and decay is presented. The search uses proton-proton collision data corresponding to 138 fb$^{-1}$ collected with the CMS experiment at $\sqrt{s}$ = 13 TeV. The signal consists of the production of a single top quark via a CLFV interaction or top quark pair production followed by a CLFV decay. The analysis selects events containing a pair of oppositely charged muon and hadronically decaying $\tau$ lepton and at least three jets, where one has been identified to originate from the fragmentation of a bottom quark. Machine learning classification techniques are used to distinguish signal from standard model background events. The results of this search are consistent with the standard model expectations. The upper limits at 95% confidence level on the branching fraction $\mathcal{B}$ for CLFV top quark decays to a muon, a $\tau$ lepton, and an up or a charm quark are set at $\mathcal{B}$(t $\to \mu\tau$u) $\lt$ (0.040, 0.078, and 0.118) $\times$ 10$^{-6}$, and $\mathcal{B}$(t $\to\mu\tau$c) $\lt$ (0.810, 1.710, and 2.052) $\times$ 10$^{-6}$ for scalar, vector, and tensor-like operators, respectively.


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/TOP-22-011 (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. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  3. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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 Record created 2025-05-27, last modified 2025-06-04
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