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Title: Measurements of $${\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ production cross sections and constraints on anomalous triple gauge couplings at $$\sqrt{s} = 13\,\text {TeV} $$
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 more » 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. « less
Authors:
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Award ID(s):
2011848
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10227361
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
81
Issue:
3
ISSN:
1434-6044
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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 $$4\ellmore »$$ 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.« less
  2. Abstract The rate for Higgs ( $${\mathrm{H}} $$ H ) bosons production in association with either one ( $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H ) or two ( $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H ) top quarks is measured in final states containing multiple electrons, muons, or tau leptons decaying to hadrons and a neutrino, using proton–proton collisions recorded at a center-of-mass energy of $$13\,\text {TeV} $$ 13 TeV by the CMS experiment. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The analysis is aimed at events that contain $${\mathrm{H}} \rightarrowmore »{\mathrm{W}} {\mathrm{W}} $$ H → W W , $${\mathrm{H}} \rightarrow {\uptau } {\uptau } $$ H → τ τ , or $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ H → Z Z decays and each of the top quark(s) decays either to lepton+jets or all-jet channels. Sensitivity to signal is maximized by including ten signatures in the analysis, depending on the lepton multiplicity. The separation among $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H , $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H , and the backgrounds is enhanced through machine-learning techniques and matrix-element methods. The measured production rates for the $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H and $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H signals correspond to $$0.92 \pm 0.19\,\text {(stat)} ^{+0.17}_{-0.13}\,\text {(syst)} $$ 0.92 ± 0.19 (stat) - 0.13 + 0.17 (syst) and $$5.7 \pm 2.7\,\text {(stat)} \pm 3.0\,\text {(syst)} $$ 5.7 ± 2.7 (stat) ± 3.0 (syst) of their respective standard model (SM) expectations. The corresponding observed (expected) significance amounts to 4.7 (5.2) standard deviations for $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H , and to 1.4 (0.3) for $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H production. Assuming that the Higgs boson coupling to the tau lepton is equal in strength to its expectation in the SM, the coupling $$y_{{\mathrm{t}}}$$ y t of the Higgs boson to the top quark divided by its SM expectation, $$\kappa _{{\mathrm{t}}}=y_{{\mathrm{t}}}/y_{{\mathrm{t}}}^{\mathrm {SM}}$$ κ t = y t / y t SM , is constrained to be within $$-0.9< \kappa _{{\mathrm{t}}}< -0.7$$ - 0.9 < κ t < - 0.7 or $$0.7< \kappa _{{\mathrm{t}}}< 1.1$$ 0.7 < κ t < 1.1 , at 95% confidence level. This result is the most sensitive measurement of the $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H production rate to date.« less
  3. Abstract A measurement of the $$ B_{s}^{0} \rightarrow J/\psi \phi $$ B s 0 → J / ψ ϕ decay parameters using $$ 80.5\, \mathrm {fb^{-1}} $$ 80.5 fb - 1 of integrated luminosity collected with the ATLAS detector from 13  $$\text {Te}\text {V}$$ Te proton–proton collisions at the LHC is presented. The measured parameters include the CP -violating phase $$\phi _{s} $$ ϕ s , the width difference $$ \Delta \Gamma _{s}$$ Δ Γ s between the $$B_{s}^{0}$$ B s 0 meson mass eigenstates and the average decay width $$ \Gamma _{s}$$ Γ s . The values measured formore »the physical parameters are combined with those from $$ 19.2\, \mathrm {fb^{-1}} $$ 19.2 fb - 1 of 7 and 8  $$\text {Te}\text {V}$$ Te data, leading to the following: $$\begin{aligned} \phi _{s}= & {} -0.087 \pm 0.036 ~\mathrm {(stat.)} \pm 0.021 ~\mathrm {(syst.)~rad} \\ \Delta \Gamma _{s}= & {} 0.0657 \pm 0.0043 ~\mathrm {(stat.)}\pm 0.0037 ~\mathrm {(syst.)~ps}^{-1} \\ \Gamma _{s}= & {} 0.6703 \pm 0.0014 ~\mathrm {(stat.)}\pm 0.0018 ~\mathrm {(syst.)~ps}^{-1} \end{aligned}$$ ϕ s = - 0.087 ± 0.036 ( stat . ) ± 0.021 ( syst . ) rad Δ Γ s = 0.0657 ± 0.0043 ( stat . ) ± 0.0037 ( syst . ) ps - 1 Γ s = 0.6703 ± 0.0014 ( stat . ) ± 0.0018 ( syst . ) ps - 1 Results for $$\phi _{s} $$ ϕ s and $$ \Delta \Gamma _{s}$$ Δ Γ s are also presented as 68% confidence level contours in the $$\phi _{s} $$ ϕ s – $$ \Delta \Gamma _{s}$$ Δ Γ s plane. Furthermore the transversity amplitudes and corresponding strong phases are measured. $$\phi _{s} $$ ϕ s and $$ \Delta \Gamma _{s}$$ Δ Γ s measurements are in agreement with the Standard Model predictions.« less
  4. A bstract A search for standard model Higgs bosons (H) produced with transverse momentum ( p T ) greater than 450 GeV and decaying to bottom quark-antiquark pairs ( $$ \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ b b ¯ ) is performed using proton-proton collision data collected by the CMS experiment at the LHC at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 137 fb − 1 . The search is inclusive in the Higgs boson production mode. Highly Lorentz-boosted Higgs bosons decaying to $$ \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ b b ¯ are reconstructed as single large-radius jets,more »and are identified using jet substructure and a dedicated b tagging technique based on a deep neural network. The method is validated with Z → $$ \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ b b ¯ decays. For a Higgs boson mass of 125 GeV, an excess of events above the background assuming no Higgs boson production is observed with a local significance of 2.5 standard deviations ( σ ), while the expectation is 0.7. The corresponding signal strength and local significance with respect to the standard model expectation are μ H = 3 . 7 ± 1 . 2(stat) $$ {}_{-0.7}^{+0.8} $$ − 0.7 + 0.8 (syst) $$ {}_{-0.5}^{+0.8} $$ − 0.5 + 0.8 (theo) and 1 . 9 σ . Additionally, an unfolded differential cross section as a function of Higgs boson p T for the gluon fusion production mode is presented, assuming the other production modes occur at the expected rates.« less
  5. Abstract A search for heavy resonances decaying into a pair of Z bosons leading to $$\ell ^+\ell ^-\ell '^+\ell '^-$$ ℓ + ℓ - ℓ ′ + ℓ ′ - and $$\ell ^+\ell ^-\nu {{\bar{\nu }}}$$ ℓ + ℓ - ν ν ¯ final states, where $$\ell $$ ℓ stands for either an electron or a muon, is presented. The search uses proton–proton collision data at a centre-of-mass energy of 13 TeV collected from 2015 to 2018 that corresponds to the integrated luminosity of 139 $$\mathrm {fb}^{-1}$$ fb - 1 recorded by the ATLAS detector during Run 2 of the Largemore »Hadron Collider. Different mass ranges spanning 200 GeV to 2000 GeV for the hypothetical resonances are considered, depending on the final state and model. In the absence of a significant observed excess, the results are interpreted as upper limits on the production cross section of a spin-0 or spin-2 resonance. The upper limits for the spin-0 resonance are translated to exclusion contours in the context of Type-I and Type-II two-Higgs-doublet models, and the limits for the spin-2 resonance are used to constrain the Randall–Sundrum model with an extra dimension giving rise to spin-2 graviton excitations.« less