Exploring vector-like B-quark pair production at CLIC in fully hadronic final states

Abstract We investigate the discovery potential of the $$3~\textrm{TeV}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mtext>TeV</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> Compact Linear Collider (CLIC) for a singlet vector-like bottom partner B decaying via $$B \rightarrow tW.$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>W</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> Focusing on the fully hadronic final state $$B\bar{B} \rightarrow tW\,tW,$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>W</mml:mi> <mml:mspace/> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>W</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> we reconstruct boosted top and W candidates using large- R Valencia jets, supplemented by a merging strategy for partially resolved decays. A systematic scan of the jet-radius parameter identifies $$R=0.8$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0.8</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> as the optimal choice, balancing boosted-jet containment with jet multiplicity. Using a cut-based analysis optimized for the $$(2t+2W)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>W</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> topology and an integrated luminosity of $$5~\textrm{ab}^{-1},$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>5</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:msup> <mml:mtext>ab</mml:mtext> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> CLIC can achieve sensitivity to $$m_B \lesssim 1.5~\textrm{TeV}.$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mi>B</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>≲</mml:mo> <mml:mn>1.5</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mtext>TeV</mml:mtext> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> These results highlight CLIC’s excellent capability to probe heavy vector-like quarks in high jet multiplicity environments, extending well beyond the reach of current hadron collider searches.