Search for heavy resonances decaying to a top quark and a W boson with the CMS experiment

Abstract

A search for a heavy resonance decaying into a top quark and a W boson using proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at a center-of-mass energy of 13 TeV in the years 2016, 2017 and 2018 is presented. The data analyzed correspond to a total integrated luminosity of 138 fb^−1. The search is performed in the final state with an isolated electron or muon and missing transverse momentum from the W boson decay, and a single high energetic jet reconstructing the top quark decay. The jet capturing the boosted top quark decay products is identified using a top tagging technique based on jet clustering with an adaptive distance parameter and inherent jet grooming. This technique is used for the first time in a search for new physics with LHC data. The single production of an excited bottom quark b∗ is used as a benchmark for the analysis. A combination with an analysis of the all-hadronic final state is performed. The models with left-handed, right-handed and vector-like couplings of the b∗ quark are excluded at 95% confidence level up to b∗ quark masses of 3.0, 3.0 and 3.2 TeV, respectively. The results are also interpreted in the context of models with a vector-like B quark. For these models, upper limits on the production cross section of the vector-like B quark are set between 1.6 and 0.007 pb.

Eine Suche nach einer schweren Resonanz, die in ein Top-Quark und ein W-Boson zerfällt, wird präsentiert. Der analysierte Datensatz wurde vom CMS experiment in Proton-Proton Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV in den Jahren 2016, 2017 und 2018 aufgezeichnet. Die Daten entsprechend einer integrierten Luminosität von 138 fb^−1. Die Suche wird im Endzustand mit einem isolierten Elektron oder Muon und fehlendem Transversalimpuls vom W-Boson-Zerfall, und einem hochenergetischen Jet vom Top-Quark-Zerfall durchgeführt. Der Jet aus dem geboosteten Top-Quark-Zerfall wird mit Hilfe einer Top-Quark-Identifikationstechnik identifiziert, die auf einer Jet-Clusterbildung mit adaptiven Distanz-Parameter und inhärentem Jet-Grooming basiert. Diese Technik wird hier zum ersten Mal in einer Suche nach neuer Physik mit LHC Daten angewendet. Die Einzelproduktion von einem angeregten Bottom-Quark b∗ wird verwendet, um die Sensitivität der Analyse zu quantifizieren. Eine statistische Kombination mit einer Analyse des vollhadronischen Endzustandes wird durchgef¨uhrt. Die Modelle mit linkshändiger, rechtshändiger und vektorartiger Kopplung des b∗-Quarks können bei einem Konfidenzintervall von 95% bis zu b∗-Quark-Massen von 3.0, 3.0 bzw. 3.2 TeV ausgeschlossen werden. Die Ergebnisse der Analyse werden darüber hinaus im Kontext von Modellen mit vektorarigen B Quarks interpretiert. Für diese Modelle werden Ausschlussgrenzen auf den Produktionswirkungsquerschnitt eines vektorarigen B Quarks zwischen 1.6 und 0.007 pb ermittelt.