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Title: Observation of a $$ {\varLambda}_b^0 $$ − $$ {\overline{\varLambda}}_b^0 $$ production asymmetry in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 7 and 8 TeV
A bstract This article presents differential measurements of the asymmetry between $$ {\varLambda}_b^0 $$ Λ b 0 and $$ {\overline{\varLambda}}_b^0 $$ Λ ¯ b 0 baryon production rates in proton-proton collisions at centre-of-mass energies of $$ \sqrt{s} $$ s = 7 and 8 TeV collected with the LHCb experiment, corresponding to an integrated luminosity of 3 fb − 1 . The $$ {\varLambda}_b^0 $$ Λ b 0 baryons are reconstructed through the inclusive semileptonic decay $$ {\varLambda}_b^0 $$ Λ b 0 → $$ {\varLambda}_c^{+} $$ Λ c + μ − $$ \overline{\nu} $$ ν ¯ μ X . The production asymmetry is measured both in intervals of rapidity in the range 2 . 15 < y < 4 . 10 and transverse momentum in 2 < p T < 27 GeV/ c . The results are found to be incompatible with symmetric production with a significance of 5.8 standard deviations for both $$ \sqrt{s} $$ s = 7 and 8 TeV data, assuming no CP violation in the decay. There is evidence for a trend as a function of rapidity with a significance of 4 standard deviations. Comparisons to predictions from hadronisation models in P ythia and heavy-quark recombination are provided. This result constitutes the first observation of a particle-antiparticle asymmetry in b -hadron production at LHC energies.  more » « less
Award ID(s):
1803004
NSF-PAR ID:
10343965
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
10
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract The first search for nonresonant production of Higgs boson pairs (HH) with one H decaying into four leptons and the other into a pair of b quarks is presented, using proton-proton collisions recorded at a center-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the CMS experiment. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . A 95% confidence level upper limit of 32.4 is set on the signal strength modifier μ , defined as the ratio of the observed HH production rate in the $$ \textrm{HH}\to {\textrm{ZZ}}^{\ast}\textrm{b}\overline{\textrm{b}}\to 4\ell \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ HH → ZZ ∗ b b ¯ → 4 ℓ b b ¯ decay channel to the standard model (SM) expectation. Possible modifications of the H trilinear coupling λ HHH with respect to the SM value are investigated. The coupling modifier κ λ , defined as λ HHH divided by its SM prediction, is constrained to be within the observed (expected) range − 8 . 8 ( − 9 . 8) < κ λ < 13 . 4 (15 . 0) at 95% confidence level. 
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  2. null (Ed.)
    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, 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. 
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  3. Abstract The multihadron decays $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D + pπ−π− and $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D * + pπ−π− are observed in data corresponding to an integrated luminosity of 3 fb − 1 , collected in proton-proton collisions at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV by the LHCb detector. Using the decay $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → $$ {\Lambda}_c^{+} $$ Λ c + π + π − π − as a normalisation channel, the ratio of branching fractions is measured to be $$ \frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}p{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {\Lambda}_c^0{\pi}^{+}{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}\times \frac{\mathcal{B}\left({D}^{+}\to {K}^{-}{\pi}^{+}{\pi}^{+}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_c^0\to {pK}^{-}{\pi}^{-}\right)}=\left(5.35\pm 0.21\pm 0.16\right)\%, $$ B Λ b 0 → D + p π − π − B Λ b 0 → Λ c 0 π + π − π − × B D + → K − π + π + B Λ c 0 → pK − π − = 5.35 ± 0.21 ± 0.16 % , where the first uncertainty is statistical and the second systematic. The ratio of branching fractions for the $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D *+ pπ − π − and $$ {\Lambda}_b^0 $$ Λ b 0 → D + pπ − π − decays is found to be $$ \frac{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{\ast +}p{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}{\mathcal{B}\left({\Lambda}_b^0\to {D}^{+}p{\pi}^{-}{\pi}^{-}\right)}\times \left(\mathcal{B}\left({D}^{\ast +}\to {D}^{+}{\pi}^0\right)+\mathcal{B}\left({D}^{\ast +}\to {D}^{+}\gamma \right)\right)=\left(61.3\pm 4.3\pm 4.0\right)\%. $$ B Λ b 0 → D ∗ + p π − π − B Λ b 0 → D + p π − π − × B D ∗ + → D + π 0 + B D ∗ + → D + γ = 61.3 ± 4.3 ± 4.0 % . 
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  4. null (Ed.)
    A bstract A search for nonresonant production of Higgs boson pairs via gluon-gluon and vector boson fusion processes in final states with two bottom quarks and two photons is presented. The search uses data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 . No significant deviation from the background-only hypothesis is observed. An upper limit at 95% confidence level is set on the product of the Higgs boson pair production cross section and branching fraction into $$ \gamma \gamma \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ γγ b b ¯ . The observed (expected) upper limit is determined to be 0.67 (0 . 45) fb, which corresponds to 7.7 (5.2) times the standard model prediction. This search has the highest sensitivity to Higgs boson pair production to date. Assuming all other Higgs boson couplings are equal to their values in the standard model, the observed coupling modifiers of the trilinear Higgs boson self-coupling κ λ and the coupling between a pair of Higgs bosons and a pair of vector bosons c 2V are constrained within the ranges − 3 . 3 < κ λ < 8 . 5 and − 1 . 3 < c 2V < 3 . 5 at 95% confidence level. Constraints on κ λ are also set by combining this analysis with a search for single Higgs bosons decaying to two photons, produced in association with top quark-antiquark pairs, and by performing a simultaneous fit of κ λ and the top quark Yukawa coupling modifier κ t . 
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  5. A bstract A search for the doubly charmed baryon $$ {\varXi}_{cc}^{+} $$ Ξ cc + is performed in the $$ {\varXi}_c^{+}{\pi}^{-}{\pi}^{+} $$ Ξ c + π − π + invariant-mass spectrum, where the $$ {\varXi}_c^{+} $$ Ξ c + baryon is reconstructed in the pK − π + final state. The study uses proton-proton collision data collected with the LHCb detector at a centre- of-mass energy of 13 TeV, corresponding to a total integrated luminosity of 5.4 fb − 1 . No significant signal is observed in the invariant-mass range of 3.4–3.8 GeV/ c 2 . Upper limits are set on the ratio of branching fractions multiplied by the production cross-section with respect to the $$ {\varXi}_{cc}^{++} $$ Ξ cc + + → ( $$ {\varXi}_c^{+} $$ Ξ c + → pK − π + ) π + decay for different $$ {\varXi}_{cc}^{+} $$ Ξ cc + mass and lifetime hypotheses in the rapidity range from 2.0 to 4.5 and the transverse momentum range from 2.5 to 25 GeV/ c . The results from this search are combined with a previously published search for the $$ {\varXi}_{cc}^{+} $$ Ξ cc + → $$ {\varLambda}_c^{+} $$ Λ c + K − π + decay mode, yielding a maximum local significance of 4.0 standard deviations around the mass of 3620 MeV/ c 2 , including systematic uncertainties. Taking into account the look-elsewhere effect in the 3.5–3.7 GeV/ c 2 mass window, the combined global significance is 2.9 standard deviations including systematic uncertainties. 
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