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Search for a new pseudoscalar decaying into a pair of bottom and antibottom quarks in top-associated production in $\sqrt{s}$=13 TeV proton-proton collisions with the ATLAS detector

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-060; arXiv:2503.17254

Abstract: A search for a pseudoscalar $a$ produced in association with a top-quark pair, or in association with a single top quark plus a $W$ boson, with the pseudoscalar decaying into $b$-quarks ($a\rightarrow b\bar{b}$), is performed using the full Run 2 data sample using a dileptonic decay mode signature. The search covers pseudoscalar boson masses between 12-100 GeV and involves both the kinematic regime where the decay products of the pseudoscalar are reconstructed as two standard $b$-tagged small-radius jets, or merged into a large-radius jet due to its Lorentz boost. No significant excess relative to expectations is observed. Assuming a branching ratio BR($a\rightarrow b\bar{b}$)=100%, the range of pseudoscalar masses between 50 and 80 GeV is excluded at 95% confidence level for a coupling of the pseudoscalar to the top quark of 0.5, while a coupling of 1.0 is excluded at 95% confidence level for the masses considered, with the coupling defined as the strength modifier of the Standard Model Yukawa coupling.


Note: 52 pages in total, author list starting page 35, 10 figures, 7 tables, submitted to EPJC. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HMBS-2024-46/

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project G:(GEPRIS)469666862 - Präzisionstests des Standardmodells unter der Verwendung von geboosteten W/Z-Bosonen am Large Hadron Collider (469666862) (469666862)
  3. REALDARK - REAL-time discovery strategies for DARK matter and dark sector signals at the ATLAS detector with Run-3 LHC data (101002463) (101002463)
  4. DITTO - Comprehensive search for new phenomena in the dilepton spectrum at the LHC (101089007) (101089007)
  5. BARD - B-resonance Algorithm using Rare Decays (101116429) (101116429)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2025
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