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  • Measurements of the Higgs boson inclusive and differential fiducial cross sections in the 4$$\ell $$ decay channel at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV
Title: Measurements of the Higgs boson inclusive and differential fiducial cross sections in the 4$$\ell $$ decay channel at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV
Abstract Inclusive and differential fiducial cross sections of the Higgs boson are measured in the $$H \rightarrow ZZ^{*} \rightarrow 4\ell $$ H → Z Z ∗ → 4 ℓ ( $$\ell = e,\mu $$ ℓ = e , μ ) decay channel. The results are based on proton-proton collision data produced at the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of 13 TeV and recorded by the ATLAS detector from 2015 to 2018, equivalent to an integrated luminosity of 139  $$\hbox {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The inclusive fiducial cross section for the $$H \rightarrow ZZ^{*} \rightarrow 4\ell $$ H → Z Z ∗ → 4 ℓ process is measured to be $$\sigma _\mathrm {fid} = 3.28 \,{\pm }\, 0.32$$ σ fid = 3.28 ± 0.32  fb, in agreement with the Standard Model prediction of $$\sigma _\mathrm {fid, SM} = 3.41 \pm 0.18 $$ σ fid , SM = 3.41 ± 0.18  fb. Differential fiducial cross sections are measured for a variety of observables which are sensitive to the production and decay of the Higgs boson. All measurements are in agreement with the Standard Model predictions. The results are used to constrain anomalous Higgs boson interactions with Standard Model particles.  more » « less
Award ID(s):
1812377
NSF-PAR ID:
10227267
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
80
Issue:
10
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al ( , The European Physical Journal C)
    null (Ed.)
    Abstract Production cross sections of the Higgs boson are measured in the $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} \rightarrow 4\ell $$ H → Z Z → 4 ℓ ( $$\ell ={\mathrm{e}},{{{\upmu }}_{\mathrm{}}^{\mathrm{}}} $$ ℓ = e , μ ) decay channel. A data sample of proton–proton collisions at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {Te}\text {V}$$ Te , collected by the CMS detector at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 is used. The signal strength modifier $$\mu $$ μ , defined as the ratio of the Higgs boson production rate in the $$4\ell $$ 4 ℓ channel to the standard model (SM) expectation, is measured to be $$\mu =0.94 \pm 0.07 \,\text {(stat)} ^{+0.09}_{-0.08} \,\text {(syst)} $$ μ = 0.94 ± 0.07 (stat) - 0.08 + 0.09 (syst) at a fixed value of $$m_{{\mathrm{H}}} = 125.38\,\text {Ge}\text {V} $$ m H = 125.38 Ge . The signal strength modifiers for the individual Higgs boson production modes are also reported. The inclusive fiducial cross section for the $${\mathrm{H}} \rightarrow 4\ell $$ H → 4 ℓ process is measured to be $$2.84^{+0.23}_{-0.22} \,\text {(stat)} ^{+0.26}_{-0.21} \,\text {(syst)} \,\text {fb} $$ 2 . 84 - 0.22 + 0.23 (stat) - 0.21 + 0.26 (syst) fb , which is compatible with the SM prediction of $$2.84 \pm 0.15 \,\text {fb} $$ 2.84 ± 0.15 fb for the same fiducial region. Differential cross sections as a function of the transverse momentum and rapidity of the Higgs boson, the number of associated jets, and the transverse momentum of the leading associated jet are measured. A new set of cross section measurements in mutually exclusive categories targeted to identify production mechanisms and kinematical features of the events is presented. The results are in agreement with the SM predictions. 
    more » « less
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al ( , The European Physical Journal C)
    null (Ed.)
    Abstract The production of Z boson pairs in proton–proton ( $${\mathrm{p}} {\mathrm{p}} $$ p p ) collisions, $${{\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow ({\mathrm{Z}}/\gamma ^*)({\mathrm{Z}}/\gamma ^*) \rightarrow 2\ell 2\ell '}$$ p p → ( Z / γ ∗ ) ( Z / γ ∗ ) → 2 ℓ 2 ℓ ′ , where $${\ell ,\ell ' = {\mathrm{e}}}$$ ℓ , ℓ ′ = e or $${{\upmu }}$$ μ , is studied at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {TeV}$$ TeV with the CMS detector at the CERN LHC. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , collected during 2016–2018. The $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z production cross section, $$\sigma _{\text {tot}} ({\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} ) = 17.4 \pm 0.3 \,\text {(stat)} \pm 0.5 \,\text {(syst)} \pm 0.4 \,\text {(theo)} \pm 0.3 \,\text {(lumi)} \text { pb} $$ σ tot ( p p → Z Z ) = 17.4 ± 0.3 (stat) ± 0.5 (syst) ± 0.4 (theo) ± 0.3 (lumi) pb , measured for events with two pairs of opposite-sign, same-flavor leptons produced in the mass region $${60< m_{\ell ^+\ell ^-} < 120\,\text {GeV}}$$ 60 < m ℓ + ℓ - < 120 GeV is consistent with standard model predictions. Differential cross sections are also measured and agree with theoretical predictions. The invariant mass distribution of the four-lepton system is used to set limits on anomalous $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z Z and $${{\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} \gamma }$$ Z Z γ couplings. 
    more » « less
  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al ( , The European Physical Journal C)
    Abstract

    This paper reports a search for Higgs boson pair (hh) production in association with a vector boson ($$W\; {\text {o}r}\; Z$$WorZ) using 139 fb$$^{-1}$$-1of proton–proton collision data at$$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$s=13TeVrecorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The search is performed in final states in which the vector boson decays leptonically ($$W\rightarrow \ell \nu ,\, Z\rightarrow \ell \ell ,\nu \nu $$W→ℓν,Z→ℓℓ,ννwith$$\ell =e, \mu $$ℓ=e,μ) and the Higgs bosons each decay into a pair ofb-quarks. It targetsVhhsignals from both non-resonanthhproduction, present in the Standard Model (SM), and resonanthhproduction, as predicted in some SM extensions. A 95% confidence-level upper limit of 183 (87) times the SM cross-section is observed (expected) for non-resonantVhhproduction when assuming the kinematics are as expected in the SM. Constraints are also placed on Higgs boson coupling modifiers. For the resonant search, upper limits on the production cross-sections are derived for two specific models: one is the production of a vector boson along with a neutral heavy scalar resonanceH, in the mass range 260–1000 GeV, that decays intohh, and the other is the production of a heavier neutral pseudoscalar resonanceAthat decays into aZboson andHboson, where theAboson mass is 360–800 GeV and theHboson mass is 260–400 GeV. Constraints are also derived in the parameter space of two-Higgs-doublet models.

     
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al ( , Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc>

    Results are presented from a search for the Higgs boson decay H→Zγ, where Z→ ℓ+ℓ−withℓ= e or μ. The search is performed using a sample of proton-proton (pp) collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV, recorded by the CMS experiment at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Events are assigned to mutually exclusive categories, which exploit differences in both event topology and kinematics of distinct Higgs production mechanisms to enhance signal sensitivity. The signal strengthμ, defined as the product of the cross section and the branching fraction$$ \left[\sigma \left(\textrm{pp}\to \textrm{H}\right)\mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \textrm{Z}\upgamma \right)\right] $$σpp→HBH→Zγrelative to the standard model prediction, is extracted from a simultaneous fit to theℓ+ℓ−γ invariant mass distributions in all categories and is measured to beμ= 2.4 ± 0.9 for a Higgs boson mass of 125.38 GeV. The statistical significance of the observed excess of events is 2.7 standard deviations. This measurement corresponds to$$ \left[\sigma \left(\textrm{pp}\to \textrm{H}\right)\mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \textrm{Z}\upgamma \right)\right]=0.21\pm 0.08 $$σpp→HBH→Zγ=0.21±0.08pb. The observed (expected) upper limit at 95% confidence level onμis 4.1 (1.8), where the expected limit is calculated under the background-only hypothesis. The ratio of branching fractions$$ \mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \textrm{Z}\upgamma \right)/\mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \upgamma \upgamma \right) $$BH→Zγ/BH→γγis measured to be$$ {1.5}_{-0.6}^{+0.7} $$1.5−0.6+0.7, which agrees with the standard model prediction of 0.69 ± 0.04 at the 1.5 standard deviation level.

     
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al ( , Journal of High Energy Physics)
    A bstract Measurements of the production cross-sections of the Standard Model (SM) Higgs boson ( H ) decaying into a pair of τ -leptons are presented. The measurements use data collected with the ATLAS detector from pp collisions produced at the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb − 1 . Leptonic ( τ → ℓν ℓ ν τ ) and hadronic ( τ → hadrons ν τ ) decays of the τ -lepton are considered. All measurements account for the branching ratio of H → ττ and are performed with a requirement |y H | < 2 . 5, where y H is the true Higgs boson rapidity. The cross-section of the pp → H → ττ process is measured to be 2 . 94 ± $$ 0.21{\left(\mathrm{stat}\right)}_{-0.32}^{+0.37} $$ 0.21 stat − 0.32 + 0.37 (syst) pb, in agreement with the SM prediction of 3 . 17 ± 0 . 09 pb. Inclusive cross-sections are determined separately for the four dominant production modes: 2 . 65 ± $$ 0.41{\left(\mathrm{stat}\right)}_{-0.67}^{+0.91} $$ 0.41 stat − 0.67 + 0.91 (syst) pb for gluon-gluon fusion, 0 . 197 ± $$ 0.028{\left(\mathrm{stat}\right)}_{-0.026}^{+0.032} $$ 0.028 stat − 0.026 + 0.032 (syst) pb for vector-boson fusion, 0 . 115 ± $$ 0.058{\left(\mathrm{stat}\right)}_{-0.040}^{+0.042} $$ 0.058 stat − 0.040 + 0.042 (syst) pb for vector-boson associated production, and 0 . 033 ± $$ 0.031{\left(\mathrm{stat}\right)}_{-0.017}^{+0.022} $$ 0.031 stat − 0.017 + 0.022 (syst) pb for top-quark pair associated production. Measurements in exclusive regions of the phase space, using the simplified template cross-section framework, are also performed. All results are in agreement with the SM predictions. 
    more » « less
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