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This content will become publicly available on July 1, 2024

Title: Measurements of Higgs boson production in the decay channel with a pair of $$\uptau $$ leptons in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV
Abstract

Measurements of Higgs boson production, where the Higgs boson decays into a pair of$$\uptau $$τleptons, are presented, using a sample of proton-proton collisions collected with the CMS experiment at a center-of-mass energy of Equation missing<#comment/>, corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1. Three analyses are presented. Two are targeting Higgs boson production via gluon fusion and vector boson fusion: a neural network based analysis and an analysis based on an event categorization optimized on the ratio of signal over background events. These are complemented by an analysis targeting vector boson associated Higgs boson production. Results are presented in the form of signal strengths relative to the standard model predictions and products of cross sections and branching fraction to$$\uptau $$τleptons, in up to 16 different kinematic regions. For the simultaneous measurements of the neural network based analysis and the analysis targeting vector boson associated Higgs boson production signal strengths are found to be$$0.82\pm 0.11$$0.82±0.11for inclusive Higgs boson production,$$0.67\pm 0.19$$0.67±0.19($$0.81\pm 0.17$$0.81±0.17) for the production mainly via gluon fusion (vector boson fusion), and$$1.79\pm 0.45$$1.79±0.45for vector boson associated Higgs boson production.

 
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Award ID(s):
2121686
NSF-PAR ID:
10471526
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
83
Issue:
7
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract

    Production cross sections of the standard model Higgs boson decaying to a pair of W bosons are measured in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$TeV. The analysis targets Higgs bosons produced via gluon fusion, vector boson fusion, and in association with a W or Z boson. Candidate events are required to have at least two charged leptons and moderate missing transverse momentum, targeting events with at least one leptonically decaying W boson originating from the Higgs boson. Results are presented in the form of inclusive and differential cross sections in the simplified template cross section framework, as well as couplings of the Higgs boson to vector bosons and fermions. The data set collected by the CMS detector during 2016–2018 is used, corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1. The signal strength modifier$$\mu $$μ, defined as the ratio of the observed production rate in a given decay channel to the standard model expectation, is measured to be$$\mu = 0.95^{+0.10}_{-0.09}$$μ=0.95-0.09+0.10. All results are found to be compatible with the standard model within the uncertainties.

     
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  2. A<sc>bstract</sc>

    Three searches are presented for signatures of physics beyond the standard model (SM) inττfinal states in proton-proton collisions at the LHC, using a data sample collected with the CMS detector at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb1. Upper limits at 95% confidence level (CL) are set on the products of the branching fraction for the decay intoτleptons and the cross sections for the production of a new bosonϕ, in addition to the H(125) boson, via gluon fusion (ggϕ) or in association with b quarks, ranging from$$ \mathcal{O} $$O(10 pb) for a mass of 60 GeV to 0.3 fb for a mass of 3.5 TeV each. The data reveal two excesses for ggϕproduction with localp-values equivalent to about three standard deviations atmϕ= 0.1 and 1.2 TeV. In a search fort-channel exchange of a vector leptoquark U1, 95% CL upper limits are set on the dimensionless U1leptoquark coupling to quarks andτleptons ranging from 1 for a mass of 1 TeV to 6 for a mass of 5 TeV, depending on the scenario. In the interpretations of the$$ {M}_{\textrm{h}}^{125} $$Mh125and$$ {M}_{\textrm{h},\textrm{EFT}}^{125} $$Mh,EFT125minimal supersymmetric SM benchmark scenarios, additional Higgs bosons with masses below 350 GeV are excluded at 95% CL.

     
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  3. A<sc>bstract</sc>

    Measurements of Higgs boson production cross-sections are carried out in the diphoton decay channel using 139 fb1ofppcollision data at$$ \sqrt{s} $$s= 13 TeV collected by the ATLAS experiment at the LHC. The analysis is based on the definition of 101 distinct signal regions using machine-learning techniques. The inclusive Higgs boson signal strength in the diphoton channel is measured to be$$ {1.04}_{-0.09}^{+0.10} $$1.040.09+0.10. Cross-sections for gluon-gluon fusion, vector-boson fusion, associated production with aWorZboson, and top associated production processes are reported. An upper limit of 10 times the Standard Model prediction is set for the associated production process of a Higgs boson with a single top quark, which has a unique sensitivity to the sign of the top quark Yukawa coupling. Higgs boson production is further characterized through measurements of Simplified Template Cross-Sections (STXS). In total, cross-sections of 28 STXS regions are measured. The measured STXS cross-sections are compatible with their Standard Model predictions, with ap-value of 93%. The measurements are also used to set constraints on Higgs boson coupling strengths, as well as on new interactions beyond the Standard Model in an effective field theory approach. No significant deviations from the Standard Model predictions are observed in these measurements, which provide significant sensitivity improvements compared to the previous ATLAS results.

     
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  4. 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 ($$W\rightarrow \ell \nu ,\, Z\rightarrow \ell \ell ,\nu \nu $$Wν,Z,ννwith$$\ell =e, \mu $$=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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  5. Abstract

    This paper presents the observation of four-top-quark ($$t\bar{t}t\bar{t}$$tt¯tt¯) production in proton-proton collisions at the LHC. The analysis is performed using an integrated luminosity of 140 $$\hbox {fb}^{-1}$$fb-1at a centre-of-mass energy of 13 TeV collected using the ATLAS detector. Events containing two leptons with the same electric charge or at least three leptons (electrons or muons) are selected. Event kinematics are used to separate signal from background through a multivariate discriminant, and dedicated control regions are used to constrain the dominant backgrounds. The observed (expected) significance of the measured$$t\bar{t}t\bar{t}$$tt¯tt¯signal with respect to the standard model (SM) background-only hypothesis is 6.1 (4.3) standard deviations. The$$t\bar{t}t\bar{t}$$tt¯tt¯production cross section is measured to be$$22.5^{+6.6}_{-5.5}$$22.5-5.5+6.6 fb, consistent with the SM prediction of$$12.0 \pm 2.4$$12.0±2.4fb within 1.8 standard deviations. Data are also used to set limits on the three-top-quark production cross section, being an irreducible background not measured previously, and to constrain the top-Higgs Yukawa coupling and effective field theory operator coefficients that affect$$t\bar{t}t\bar{t}$$tt¯tt¯production.

     
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