Search for a heavy resonance decaying to a top quark and a W boson at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV in the fully hadronic final state

Author:

,Sirunyan A. M.,Tumasyan A.,Adam W.,Bergauer T.,Dragicevic M.,Escalante Del Valle A.,Frühwirth R.,Jeitler M.,Krammer N.,Lechner L.,Liko D.,Mikulec I.,Pitters F. M.,Schieck J.,Schöfbeck R.,Spanring M.,Templ S.,Waltenberger W.,Wulz C.-E.,Zarucki M.,Chekhovsky V.,Litomin A.,Makarenko V.,Darwish M. R.,De Wolf E. A.,Janssen X.,Kello T.,Lelek A.,Rejeb Sfar H.,Van Mechelen P.,Van Putte S.,Van Remortel N.,Blekman F.,Bols E. S.,D’Hondt J.,De Clercq J.,Lowette S.,Moortgat S.,Morton A.,Müller D.,Sahasransu A. R.,Tavernier S.,Van Doninck W.,Van Mulders P.,Beghin D.,Bilin B.,Clerbaux B.,De Lentdecker G.,Dorney B.,Favart L.,Grebenyuk A.,Kalsi A. K.,Lee K.,Makarenko I.,Moureaux L.,Pétré L.,Popov A.,Postiau N.,Starling E.,Thomas L.,Vander Velde C.,Vanlaer P.,Vannerom D.,Wezenbeek L.,Cornelis T.,Dobur D.,Gruchala M.,Khvastunov I.,Mestdach G.,Niedziela M.,Roskas C.,Skovpen K.,Tytgat M.,Verbeke W.,Vermassen B.,Vit M.,Bethani A.,Bruno G.,Bury F.,Caputo C.,David P.,Delaere C.,Delcourt M.,Donertas I. S.,Giammanco A.,Lemaitre V.,Mondal K.,Prisciandaro J.,Taliercio A.,Teklishyn M.,Vischia P.,Wertz S.,Wuyckens S.,Alves G. A.,Hensel C.,Moraes A.,Aldá Júnior W. L.,Belchior Batista Das Chagas E.,Brandao Malbouisson H.,Carvalho W.,Chinellato J.,Coelho E.,Da Costa E. M.,Da Silveira G. G.,De Jesus Damiao D.,Fonseca De Souza S.,Martins J.,Matos Figueiredo D.,Mora Herrera C.,Mundim L.,Nogima H.,Rebello Teles P.,Sanchez Rosas L. J.,Santoro A.,Silva Do Amaral S. M.,Sznajder A.,Thiel M.,Torres Da Silva De Araujo F.,Vilela Pereira A.,Bernardes C. A.,Calligaris L.,Fernandez Perez Tomei T. R.,Gregores E. M.,Lemos D. S.,Mercadante P. G.,Novaes S. F.,Padula S. S.,Aleksandrov A.,Antchev G.,Atanasov I.,Hadjiiska R.,Iaydjiev P.,Misheva M.,Rodozov M.,Shopova M.,Sultanov G.,Dimitrov A.,Ivanov T.,Litov L.,Pavlov B.,Petkov P.,Petrov A.,Cheng T.,Fang W.,Guo Q.,Mittal M.,Wang H.,Yuan L.,Ahmad M.,Bauer G.,Hu Z.,Wang Y.,Yi K.,Chapon E.,Chen G. M.,Chen H. S.,Chen M.,Javaid T.,Kapoor A.,Leggat D.,Liao H.,LIU Z.-A.,Sharma R.,Spiezia A.,Tao J.,Thomas-Wilsker J.,Wang J.,Zhang H.,Zhang S.,Zhao J.,Agapitos A.,Ban Y.,Chen C.,Huang Q.,Levin A.,Li Q.,Lu M.,Lyu X.,Mao Y.,Qian S. J.,Wang D.,Wang Q.,Xiao J.,You Z.,Gao X.,Okawa H.,Xiao M.,Avila C.,Cabrera A.,Florez C.,Fraga J.,Sarkar A.,Segura Delgado M. A.,Jaramillo J.,Mejia Guisao J.,Ramirez F.,Ruiz Alvarez J. D.,Salazar González C. A.,Vanegas Arbelaez N.,Giljanovic D.,Godinovic N.,Lelas D.,Puljak I.,Antunovic Z.,Kovac M.,Sculac T.,Brigljevic V.,Ferencek D.,Majumder D.,Roguljic M.,Starodumov A.,Susa T.,Ather M. W.,Attikis A.,Erodotou E.,Ioannou A.,Kole G.,Kolosova M.,Konstantinou S.,Mousa J.,Nicolaou C.,Ptochos F.,Razis P. A.,Rykaczewski H.,Saka H.,Tsiakkouri D.,Finger M.,Finger M.,Kveton A.,Tomsa J.,Ayala E.,Carrera Jarrin E.,Abdalla H.,Assran Y.,Salama E.,Lotfy A.,Mahmoud M. A.,Bhowmik S.,Carvalho Antunes De Oliveira A.,Dewanjee R. K.,Ehataht K.,Kadastik M.,Pata J.,Raidal M.,Veelken C.,Eerola P.,Forthomme L.,Kirschenmann H.,Osterberg K.,Voutilainen M.,Brücken E.,Garcia F.,Havukainen J.,Karimäki V.,Kim M. S.,Kinnunen R.,Lampén T.,Lassila-Perini K.,Lehti S.,Lindén T.,Siikonen H.,Tuominen E.,Tuominiemi J.,Luukka P.,Tuuva T.,Amendola C.,Besancon M.,Couderc F.,Dejardin M.,Denegri D.,Faure J. L.,Ferri F.,Ganjour S.,Givernaud A.,Gras P.,Hamel de Monchenault G.,Jarry P.,Lenzi B.,Locci E.,Malcles J.,Rander J.,Rosowsky A.,Sahin M. Ö.,Savoy-Navarro A.,Titov M.,Yu G. B.,Ahuja S.,Beaudette F.,Bonanomi M.,Buchot Perraguin A.,Busson P.,Charlot C.,Davignon O.,Diab B.,Falmagne G.,Granier de Cassagnac R.,Hakimi A.,Kucher I.,Lobanov A.,Martin Perez C.,Nguyen M.,Ochando C.,Paganini P.,Rembser J.,Salerno R.,Sauvan J. B.,Sirois Y.,Zabi A.,Zghiche A.,Agram J.-L.,Andrea J.,Apparu D.,Bloch D.,Bourgatte G.,Brom J.-M.,Chabert E. 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M.,Khakzad M.,Mohammadi Najafabadi M.,Felcini M.,Grunewald M.,Abbrescia M.,Aly R.,Aruta C.,Colaleo A.,Creanza D.,De Filippis N.,De Palma M.,Di Florio A.,Di Pilato A.,Elmetenawee W.,Fiore L.,Gelmi A.,Gul M.,Iaselli G.,Ince M.,Lezki S.,Maggi G.,Maggi M.,Margjeka I.,Mastrapasqua V.,Merlin J. A.,My S.,Nuzzo S.,Pompili A.,Pugliese G.,Ranieri A.,Selvaggi G.,Silvestris L.,Simone F. M.,Venditti R.,Verwilligen P.,Abbiendi G.,Battilana C.,Bonacorsi D.,Borgonovi L.,Braibant-Giacomelli S.,Campanini R.,Capiluppi P.,Castro A.,Cavallo F. R.,Ciocca C.,Cuffiani M.,Dallavalle G. M.,Diotalevi T.,Fabbri F.,Fanfani A.,Fontanesi E.,Giacomelli P.,Giommi L.,Grandi C.,Guiducci L.,Iemmi F.,Lo Meo S.,Marcellini S.,Masetti G.,Navarria F. L.,Perrotta A.,Primavera F.,Rossi A. M.,Rovelli T.,Siroli G. 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G.,Cavallari F.,Cipriani M.,Del Re D.,Di Marco E.,Diemoz M.,Longo E.,Meridiani P.,Organtini G.,Pandolfi F.,Paramatti R.,Quaranta C.,Rahatlou S.,Rovelli C.,Santanastasio F.,Soffi L.,Tramontano R.,Amapane N.,Arcidiacono R.,Argiro S.,Arneodo M.,Bartosik N.,Bellan R.,Bellora A.,Berenguer Antequera J.,Biino C.,Cappati A.,Cartiglia N.,Cometti S.,Costa M.,Covarelli R.,Demaria N.,Kiani B.,Legger F.,Mariotti C.,Maselli S.,Migliore E.,Monaco V.,Monteil E.,Monteno M.,Obertino M. M.,Ortona G.,Pacher L.,Pastrone N.,Pelliccioni M.,Pinna Angioni G. L.,Ruspa M.,Salvatico R.,Siviero F.,Sola V.,Solano A.,Soldi D.,Staiano A.,Tornago M.,Trocino D.,Belforte S.,Candelise V.,Casarsa M.,Cossutti F.,Da Rold A.,Della Ricca G.,Vazzoler F.,Dogra S.,Huh C.,Kim B.,Kim D. H.,Kim G. N.,Lee J.,Lee S. W.,Moon C. S.,Oh Y. D.,Pak S. I.,Radburn-Smith B. C.,Sekmen S.,Yang Y. C.,Kim H.,Moon D. H.,Francois B.,Kim T. J.,Park J.,Cho S.,Choi S.,Go Y.,Hong B.,Lee K.,Lee K. S.,Lim J.,Park J.,Park S. K.,Yoo J.,Goh J.,Gurtu A.,Kim H. S.,Kim Y.,Almond J.,Bhyun J. H.,Choi J.,Jeon S.,Kim J.,Kim J. S.,Ko S.,Kwon H.,Lee H.,Lee S.,Nam K.,Oh B. H.,Oh M.,Oh S. B.,Seo H.,Yang U. K.,Yoon I.,Jeon D.,Kim J. H.,Ko B.,Lee J. S. H.,Park I. C.,Roh Y.,Song D.,Watson I. J.,Ha S.,Yoo H. D.,Choi Y.,Hwang C.,Jeong Y.,Lee H.,Lee Y.,Yu I.,Maghrbi Y.,Veckalns V.,Ambrozas M.,Juodagalvis A.,Rinkevicius A.,Tamulaitis G.,Vaitkevicius A.,Wan Abdullah W. A. T.,Yusli M. N.,Zolkapli Z.,Benitez J. F.,Castaneda Hernandez A.,Murillo Quijada J. A.,Valencia Palomo L.,Ayala G.,Castilla-Valdez H.,De La Cruz-Burelo E.,Heredia-De La Cruz I.,Lopez-Fernandez R.,Mondragon Herrera C. A.,Perez Navarro D. A.,Sanchez-Hernandez A.,Carrillo Moreno S.,Oropeza Barrera C.,Ramirez-Garcia M.,Vazquez Valencia F.,Pedraza I.,Salazar Ibarguen H. A.,Uribe Estrada C.,Mijuskovic J.,Raicevic N.,Krofcheck D.,Bheesette S.,Butler P. H.,Ahmad A.,Asghar M. I.,Awais A.,Awan M. I. M.,Hoorani H. R.,Khan W. A.,Shah M. A.,Shoaib M.,Waqas M.,Avati V.,Grzanka L.,Malawski M.,Bialkowska H.,Bluj M.,Boimska B.,Frueboes T.,Górski M.,Kazana M.,Szleper M.,Traczyk P.,Zalewski P.,Bunkowski K.,Doroba K.,Kalinowski A.,Konecki M.,Krolikowski J.,Walczak M.,Araujo M.,Bargassa P.,Bastos D.,Boletti A.,Faccioli P.,Gallinaro M.,Hollar J.,Leonardo N.,Niknejad T.,Seixas J.,Shchelina K.,Toldaiev O.,Varela J.,Afanasiev S.,Budkouski D.,Bunin P.,Gavrilenko M.,Golutvin I.,Gorbunov I.,Kamenev A.,Karjavine V.,Lanev A.,Malakhov A.,Matveev V.,Palichik V.,Perelygin V.,Savina M.,Seitova D.,Shalaev V.,Shmatov S.,Shulha S.,Smirnov V.,Teryaev O.,Voytishin N.,Zarubin A.,Zhizhin I.,Gavrilov G.,Golovtcov V.,Ivanov Y.,Kim V.,Kuznetsova E.,Murzin V.,Oreshkin V.,Smirnov I.,Sosnov D.,Sulimov V.,Uvarov L.,Volkov S.,Vorobyev A.,Andreev Yu.,Dermenev A.,Gninenko S.,Golubev N.,Karneyeu A.,Kirsanov M.,Krasnikov N.,Pashenkov A.,Pivovarov G.,Tlisov D.,Toropin A.,Epshteyn V.,Gavrilov V.,Lychkovskaya N.,Nikitenko A.,Popov V.,Safronov G.,Spiridonov A.,Stepennov A.,Toms M.,Vlasov E.,Zhokin A.,Aushev T.,Chistov R.,Danilov M.,Oskin A.,Parygin P.,Polikarpov S.,Andreev V.,Azarkin M.,Dremin I.,Kirakosyan M.,Terkulov A.,Belyaev A.,Boos E.,Bunichev V.,Dubinin M.,Dudko L.,Klyukhin V.,Kodolova O.,Lokhtin I.,Obraztsov S.,Perfilov M.,Petrushanko S.,Savrin V.,Volkov P.,Blinov V.,Dimova T.,Kardapoltsev L.,Ovtin I.,Skovpen Y.,Azhgirey I.,Bayshev I.,Kachanov V.,Kalinin A.,Konstantinov D.,Petrov V.,Ryutin R.,Sobol A.,Troshin S.,Tyurin N.,Uzunian A.,Volkov A.,Babaev A.,Iuzhakov A.,Okhotnikov V.,Sukhikh L.,Borchsh V.,Ivanchenko V.,Tcherniaev E.,Adzic P.,Dordevic M.,Milenovic P.,Milosevic J.,Aguilar-Benitez M.,Alcaraz Maestre J.,Álvarez Fernández A.,Bachiller I.,Barrio Luna M.,Bedoya Cristina F.,Carrillo Montoya C. A.,Cepeda M.,Cerrada M.,Colino N.,De La Cruz B.,Delgado Peris A.,Fernández Ramos J. P.,Flix J.,Fouz M. C.,Gonzalez Lopez O.,Goy Lopez S.,Hernandez J. M.,Josa M. I.,León Holgado J.,Moran D.,Navarro Tobar Á.,Pérez-Calero Yzquierdo A.,Puerta Pelayo J.,Redondo I.,Romero L.,Sánchez Navas S.,Soares M. S.,Urda Gómez L.,Willmott C.,Albajar C.,de Trocóniz J. F.,Reyes-Almanza R.,Alvarez Gonzalez B.,Cuevas J.,Erice C.,Fernandez Menendez J.,Folgueras S.,Gonzalez Caballero I.,Palencia Cortezon E.,Ramón Álvarez C.,Ripoll Sau J.,Rodríguez Bouza V.,Trapote A.,Brochero Cifuentes J. A.,Cabrillo I. J.,Calderon A.,Chazin Quero B.,Duarte Campderros J.,Fernandez M.,Fernandez Madrazo C.,Fernández Manteca P. J.,García Alonso A.,Gomez G.,Martinez Rivero C.,Martinez Ruiz del Arbol P.,Matorras F.,Piedra Gomez J.,Prieels C.,Ricci-Tam F.,Rodrigo T.,Ruiz-Jimeno A.,Scodellaro L.,Trevisani N.,Vila I.,Vizan Garcia J. M.,Jayananda M. K.,Kailasapathy B.,Sonnadara D. U. J.,Wickramarathna D. D. C.,Dharmaratna W. G. D.,Liyanage K.,Perera N.,Wickramage N.,Aarrestad T. K.,Abbaneo D.,Auffray E.,Auzinger G.,Baechler J.,Baillon P.,Ball A. H.,Barney D.,Bendavid J.,Beni N.,Bianco M.,Bocci A.,Brondolin E.,Camporesi T.,Capeans Garrido M.,Cerminara G.,Chhibra S. 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C.,Kotlinski D.,Langenegger U.,Missiroli M.,Rohe T.,Backhaus M.,Berger P.,Calandri A.,Chernyavskaya N.,De Cosa A.,Dissertori G.,Dittmar M.,Donegà M.,Dorfer C.,Gadek T.,Gómez Espinosa T. A.,Grab C.,Hits D.,Lustermann W.,Lyon A.-M.,Manzoni R. A.,Meinhard M. T.,Micheli F.,Nessi-Tedaldi F.,Niedziela J.,Pauss F.,Perovic V.,Perrin G.,Pigazzini S.,Ratti M. G.,Reichmann M.,Reissel C.,Reitenspiess T.,Ristic B.,Ruini D.,Sanz Becerra D. A.,Schönenberger M.,Stampf V.,Steggemann J.,Wallny R.,Zhu D. H.,Amsler C.,Botta C.,Brzhechko D.,Canelli M. F.,De Wit A.,Del Burgo R.,Heikkilä J. K.,Huwiler M.,Jofrehei A.,Kilminster B.,Leontsinis S.,Macchiolo A.,Meiring P.,Mikuni V. M.,Molinatti U.,Neutelings I.,Rauco G.,Reimers A.,Robmann P.,Sanchez Cruz S.,Schweiger K.,Takahashi Y.,Adloff C.,Kuo C. M.,Lin W.,Roy A.,Sarkar T.,Yu S. S.,Ceard L.,Chang P.,Chao Y.,Chen K. F.,Chen P. 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Abstract

Abstract A search for a heavy resonance decaying to a top quark and a W boson in the fully hadronic final state is presented. The analysis is performed using data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb1 recorded by the CMS experiment at the LHC. The search is focused on heavy resonances, where the decay products of each top quark or W boson are expected to be reconstructed as a single, large-radius jet with a distinct substructure. The production of an excited bottom quark, b*, is used as a benchmark when setting limits on the cross section for a heavy resonance decaying to a top quark and a W boson. The hypotheses of b* quarks with left-handed, right-handed, and vector-like chiralities are excluded at 95% confidence level for masses below 2.6, 2.8, and 3.1 TeV, respectively. These are the most stringent limits on the b* quark mass to date, extending the previous best limits by almost a factor of two.

Publisher

Springer Science and Business Media LLC

Subject

Nuclear and High Energy Physics

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1. Searches for Heavy Resonances with Substructure;Annual Review of Nuclear and Particle Science;2022-09-26

2. Looking beyond the Standard Model with Third Generation Quarks at the LHC;Symmetry;2022-02-23

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