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Title: Search for nonresonant Higgs boson pair production in the four leptons plus twob jets final state in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
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.  more » « less
Award ID(s):
1913513 2209764 2121686
PAR ID:
10431687
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2023
Issue:
6
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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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  2. A<sc>bstract</sc> A search for Higgs boson pair (HH) production in association with a vector boson V (W or Z boson) is presented. The search is based on proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV, collected with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Both hadronic and leptonic decays of V bosons are used. The leptons considered are electrons, muons, and neutrinos. The HH production is searched for in the$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ b b ¯ decay channel. An observed (expected) upper limit at 95% confidence level of VHH production cross section is set at 294 (124) times the standard model prediction. Constraints are also set on the modifiers of the Higgs boson trilinear self-coupling,kλ, assumingk2V= 1, and vice versa on the coupling of two Higgs bosons with two vector bosons,k2V. The observed (expected) 95% confidence intervals of these coupling modifiers are−37.7 <kλ< 37.2 (−30.1 <kλ< 28.9) and−12.2 <k2V< 13.5 (−7.2 <k2V< 8.9), respectively. 
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  3. A<sc>bstract</sc> A study of the Higgs boson decaying into bottom quarks (H→$$ b\overline{b} $$ b b ¯ ) and charm quarks (H→$$ c\overline{c} $$ c c ¯ ) is performed, in the associated production channel of the Higgs boson with aWorZboson, using 140 fb−1of proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the ATLAS detector. The individual production ofWHandZHwithH→$$ b\overline{b} $$ b b ¯ is established with observed (expected) significances of 5.3 (5.5) and 4.9 (5.6) standard deviations, respectively. Differential cross-section measurements of the gauge boson transverse momentum within the simplified template cross-section framework are performed in a total of 13 kinematical fiducial regions. The search for theH→$$ c\overline{c} $$ c c ¯ decay yields an observed (expected) upper limit at 95% confidence level of 11.5 (10.6) times the Standard Model prediction. The results are also used to set constraints on the charm coupling modifier, resulting in|κc| <4.2 at 95% confidence level. Combining theH→$$ b\overline{b} $$ b b ¯ andH→$$ c\overline{c} $$ c c ¯ measurements constrains the absolute value of the ratio of Higgs-charm and Higgs-bottom coupling modifiers (|κcb|) to be less than 3.6 at 95% confidence level. 
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  4. A<sc>bstract</sc> An analysis of the production of a Higgs boson (H) in association with a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H ) or a single top quark (tH) is presented. The Higgs boson decay into a bottom quark-antiquark pair (H →$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ ) is targeted, and three different final states of the top quark decays are considered, defined by the number of leptons (electrons or muons) in the event. The analysis utilises proton-proton collision data collected at the CERN LHC with the CMS experiment at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV in 2016–2018, which correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. The observed$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate relative to the standard model expectation is 0.33 ± 0.26 = 0.33 ± 0.17(stat) ± 0.21(syst). Additionally, the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate is determined in intervals of Higgs boson transverse momentum. An upper limit at 95% confidence level is set on the tH production rate of 14.6 times the standard model prediction, with an expectation of$$ {19.3}_{-6.0}^{+9.2} $$ 19.3 6.0 + 9.2 . Finally, constraints are derived on the strength and structure of the coupling between the Higgs boson and the top quark from simultaneous extraction of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H and tH production rates, and the results are combined with those obtained in other Higgs boson decay channels. 
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  5. This Letter presents results from a combination of searches for Higgs boson pair production using 126 140 fb 1 of proton-proton collision data at s = 13 TeV recorded with the ATLAS detector. At 95% confidence level (CL), the upper limit on the production rate is 2.9 times the standard model (SM) prediction, with an expected limit of 2.4 assuming no Higgs boson pair production. Constraints on the Higgs boson self-coupling modifier κ λ = λ H H H / λ H H H SM , and the quartic H H V V coupling modifier κ 2 V = g H H V V / g H H V V SM , are derived individually, fixing the other parameter to its SM value. The observed 95% CL intervals are 1.2 < κ λ < 7.2 and 0.6 < κ 2 V < 1.5 , respectively, while the expected intervals are 1.6 < κ λ < 7.2 and 0.4 < κ 2 V < 1.6 in the SM case. Constraints obtained for several interaction parameters within Higgs effective field theory are the strongest to date, offering insights into potential deviations from SM predictions. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration2024CERN 
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