Search for direct top squark pair production in final states with two leptons in $$\sqrt{s} = 13$$ s = 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector (2017)

The results of a search for direct pair production of top squarks in events with two opposite-charge leptons (electrons or muons) are reported, using <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>36.1</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:msup><mml:mtext>fb</mml:mtext> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> of integrated luminosity from proton-proton collisions at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>s</mml:mi></mml:msqrt> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow> </mml:math> TeV collected by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. To cover a range of mass differences between the top squark <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> </mml:math> and lighter supersymmetric particles, four possible decay modes of the top squark are targeted with dedicated selections: the decay <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:mover><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:msubsup><mml:mover><mml:mi>χ</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> <mml:mo>±</mml:mo></mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> into a <i>b</i>-quark and the lightest chargino with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msubsup><mml:mover><mml:mi>χ</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> <mml:mo>±</mml:mo></mml:msubsup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>W</mml:mi> <mml:msubsup><mml:mover><mml:mi>χ</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> , the decay <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:mover><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:msubsup><mml:mover><mml:mi>χ</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> into an on-shell top quark and the lightest neutralino, the three-body decay <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:mover><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mi>W</mml:mi> <mml:msubsup><mml:mover><mml:mi>χ</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> and the four-body decay <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:mover><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mi>ν</mml:mi> <mml:msubsup><mml:mover><mml:mi>χ</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> . No significant excess of events is observed above the Standard Model background for any selection, and limits on top squarks are set as a function of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup><mml:mover><mml:mi>χ</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup> </mml:math> masses. The results exclude at 95% confidence level <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mover><mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>~</mml:mo></mml:mover> </mml:math> masses up to about 720 GeV, extending the exclusion region of supersymmetric parameter space covered by previous searches.