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Search for Beyond the Standard Model physics with anomaly detection in multilepton final states in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ATLAS detector

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-189; arXiv:2508.19778

Abstract: A model-agnostic search for Beyond the Standard Model physics is presented, targeting final states with at least four light leptons (electrons or muons). The search regions are separated by event topology and unsupervised machine learning is used to identify anomalous events in the full 140 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data collected with the ATLAS detector during Run 2. No significant excess above the Standard Model background expectation is observed. Model-agnostic limits are presented in each topology, along with limits on several benchmark models including vector-like leptons, wino-like charginos and neutralinos, or smuons. Limits are set on the flavourful vector-like lepton model for the first time.


Note: 54 pages in total, author list starting page 37, 11 figures, 1 table, submitted to EPJC. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/EXOT-2021-34

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. BARD - B-resonance Algorithm using Rare Decays (101116429) (101116429)
  4. DITTO - Comprehensive search for new phenomena in the dilepton spectrum at the LHC (101089007) (101089007)
  5. SMASH - Machine learning for Sciences and Humanities (101081355) (101081355)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2025
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