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Title: Measurement of the properties of Higgs boson production at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV in the H → γγ channel using 139 fb−1 of pp collision data with the ATLAS experiment
A<sc>bstract</sc> Measurements of Higgs boson production cross-sections are carried out in the diphoton decay channel using 139 fb−1ofppcollision 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$$ {1.04}_{-0.09}^{+0.10} $$ 1.04 0.09 + 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.  more » « less
Award ID(s):
2046280
PAR ID:
10493247
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Journal of High Energy Physics
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2023
Issue:
7
ISSN:
1029-8479
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$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$ Te V . 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. Abstract Measurements of Higgs boson production, where the Higgs boson decays into a pair of$$\uptau $$ τ leptons, 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$$\uptau $$ τ leptons, 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 ± 0.11 for 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 ± 0.45 for vector boson associated Higgs boson production. 
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  3. 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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  4. A<sc>bstract</sc> A measurement of the Higgs boson (H) production via vector boson fusion (VBF) and its decay into a bottom quark-antiquark pair ($$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ ) is presented using proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 90.8 fb−1. Treating the gluon-gluon fusion process as a background and constraining its rate to the value expected in the standard model (SM) within uncertainties, the signal strength of the VBF process, defined as the ratio of the observed signal rate to that predicted by the SM, is measured to be$$ {\mu}_{\textrm{Hb}\overline{\textrm{b}}}^{\textrm{qqh}}={1.01}_{-0.46}^{+0.55} $$ μ Hb b ¯ qqh = 1.01 0.46 + 0.55 . The VBF signal is observed with a significance of 2.4 standard deviations relative to the background prediction, while the expected significance is 2.7 standard deviations. Considering inclusive Higgs boson production and decay into bottom quarks, the signal strength is measured to be$$ {\mu}_{\textrm{Hb}\overline{\textrm{b}}}^{\textrm{incl}.}={0.99}_{-0.41}^{+0.48} $$ μ Hb b ¯ incl . = 0.99 0.41 + 0.48 , corresponding to an observed (expected) significance of 2.6 (2.9) standard deviations. 
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  5. Abstract A search for decays to invisible particles of Higgs bosons produced in association with a top-antitop quark pair or a vector boson, which both decay to a fully hadronic final state, has been performed using proton-proton collision data collected at$${\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}}$$ s = 13 Te V by the CMS experiment at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The 95% confidence level upper limit set on the branching fraction of the 125$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V Higgs boson to invisible particles,$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$ B ( H inv ) , is 0.54 (0.39 expected), assuming standard model production cross sections. The results of this analysis are combined with previous$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$ B ( H inv ) searches carried out at$${\sqrt{s}=7}$$ s = 7 , 8, and 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V in complementary production modes. The combined upper limit at 95% confidence level on$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$ B ( H inv ) is 0.15 (0.08 expected). 
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