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Title: Search for exotic decays of the Higgs boson to a pair of pseudoscalars in the $$\upmu \upmu \text{ b } \text{ b } $$ and $$\uptau \uptau \text{ b } \text{ b } $$ final states
Abstract A search for exotic decays of the Higgs boson ($$\text {H}$$ H ) with a mass of 125$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V to a pair of light pseudoscalars$$\text {a}_{1} $$ a 1 is performed in final states where one pseudoscalar decays to two$${\textrm{b}}$$ b quarks and the other to a pair of muons or$$\tau $$ τ leptons. A data sample of proton–proton collisions at$$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 recorded with the CMS detector is analyzed. No statistically significant excess is observed over the standard model backgrounds. Upper limits are set at 95% confidence level ($$\text {CL}$$ CL ) on the Higgs boson branching fraction to$$\upmu \upmu \text{ b } \text{ b } $$ μ μ b b and to$$\uptau \uptau \text{ b } \text{ b },$$ τ τ b b , via a pair of$$\text {a}_{1} $$ a 1 s. The limits depend on the pseudoscalar mass$$m_{\text {a}_{1}}$$ m a 1 and are observed to be in the range (0.17–3.3) $$\times 10^{-4}$$ × 10 - 4 and (1.7–7.7) $$\times 10^{-2}$$ × 10 - 2 in the$$\upmu \upmu \text{ b } \text{ b } $$ μ μ b b and$$\uptau \uptau \text{ b } \text{ b } $$ τ τ b b final states, respectively. In the framework of models with two Higgs doublets and a complex scalar singlet (2HDM+S), the results of the two final states are combined to determine upper limits on the branching fraction$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} \rightarrow \ell \ell \text{ b } \text{ b})$$ B ( H a 1 a 1 b b ) at 95%$$\text {CL}$$ CL , with$$\ell $$ being a muon or a$$\uptau $$ τ lepton. For different types of 2HDM+S, upper bounds on the branching fraction$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} )$$ B ( H a 1 a 1 ) are extracted from the combination of the two channels. In most of the Type II 2HDM+S parameter space,$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} )$$ B ( H a 1 a 1 ) values above 0.23 are excluded at 95%$$\text {CL}$$ CL for$$m_{\text {a}_{1}}$$ m a 1 values between 15 and 60$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V more » « less
Award ID(s):
2209553 2121686
PAR ID:
10537389
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
The European Physical Journal C
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
84
Issue:
5
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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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  2. Abstract A measurement is presented of a ratio observable that provides a measure of the azimuthal correlations among jets with large transverse momentum$$p_{\textrm{T}}$$ p T . This observable is measured in multijet events over the range of$$p_{\textrm{T}} = 360$$ p T = 360 –$$3170\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V} $$ 3170 Ge V based on data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V , corresponding to an integrated luminosity of 134$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The results are compared with predictions from Monte Carlo parton-shower event generator simulations, as well as with fixed-order perturbative quantum chromodynamics (pQCD) predictions at next-to-leading-order (NLO) accuracy obtained with different parton distribution functions (PDFs) and corrected for nonperturbative and electroweak effects. Data and theory agree within uncertainties. From the comparison of the measured observable with the pQCD prediction obtained with the NNPDF3.1 NLO PDFs, the strong coupling at the Z boson mass scale is$$\alpha _\textrm{S} (m_{{\textrm{Z}}}) =0.1177 \pm 0.0013\, \text {(exp)} _{-0.0073}^{+0.0116} \,\text {(theo)} = 0.1177_{-0.0074}^{+0.0117}$$ α S ( m Z ) = 0.1177 ± 0.0013 (exp) - 0.0073 + 0.0116 (theo) = 0 . 1177 - 0.0074 + 0.0117 , where the total uncertainty is dominated by the scale dependence of the fixed-order predictions. A test of the running of$$\alpha _\textrm{S}$$ α S in the$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V region shows no deviation from the expected NLO pQCD behaviour. 
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  3. Abstract Using proton–proton collision data corresponding to an integrated luminosity of$$140\hbox { fb}^{-1}$$ 140 fb - 1 collected by the CMS experiment at$$\sqrt{s}= 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V , the$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} $$ Λ b 0 J / ψ Ξ - K + decay is observed for the first time, with a statistical significance exceeding 5 standard deviations. The relative branching fraction, with respect to the$${{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} $$ Λ b 0 ψ ( 2 S ) Λ decay, is measured to be$$\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\Xi }} ^{{-}}} {{\text {K}} ^{{+}}} )/\mathcal {B}({{{\Lambda }} _{\text {b}}^{{0}}} \rightarrow {{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} {{\Lambda }} ) = [3.38\pm 1.02\pm 0.61\pm 0.03]\%$$ B ( Λ b 0 J / ψ Ξ - K + ) / B ( Λ b 0 ψ ( 2 S ) Λ ) = [ 3.38 ± 1.02 ± 0.61 ± 0.03 ] % , where the first uncertainty is statistical, the second is systematic, and the third is related to the uncertainties in$$\mathcal {B}({{{\uppsi }} ({2\textrm{S}})} \rightarrow {{\text {J}/\uppsi }} {{{\uppi }} ^{{+}}} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$ B ( ψ ( 2 S ) J / ψ π + π - ) and$$\mathcal {B}({{{\Xi }} ^{{-}}} \rightarrow {{\Lambda }} {{{\uppi }} ^{{-}}} )$$ B ( Ξ - Λ π - )
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  4. Abstract A search is reported for charge-parity$$CP$$ CP violation in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D 0 K S 0 K S 0 decays, using data collected in proton–proton collisions at$$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V recorded by the CMS experiment in 2018. The analysis uses a dedicated data set that corresponds to an integrated luminosity of 41.6$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , which consists of about 10 billion events containing a pair of b hadrons, nearly all of which decay to charm hadrons. The flavor of the neutral D meson is determined by the pion charge in the reconstructed decays$${{{\textrm{D}}}^{{*+}}} \rightarrow {{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} $$ D + D 0 π + and$${{{\textrm{D}}}^{{*-}}} \rightarrow {\overline{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D - D ¯ 0 π - . The$$CP$$ CP asymmetry in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D 0 K S 0 K S 0 is measured to be$$A_{CP} ({{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} ) = (6.2 \pm 3.0 \pm 0.2 \pm 0.8)\%$$ A CP ( K S 0 K S 0 ) = ( 6.2 ± 3.0 ± 0.2 ± 0.8 ) % , where the three uncertainties represent the statistical uncertainty, the systematic uncertainty, and the uncertainty in the measurement of the$$CP$$ CP asymmetry in the$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D 0 K S 0 π + π - decay. This is the first$$CP$$ CP asymmetry measurement by CMS in the charm sector as well as the first to utilize a fully hadronic final state. 
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  5. Abstract This paper presents the first measurement of$$\psi {(2S)}$$ ψ ( 2 S ) and$$\chi _{c1}(3872)$$ χ c 1 ( 3872 ) meson production within fully reconstructed jets. Each quarkonium state (tag) is reconstructed via its decay to the$${{J \hspace{-1.66656pt}/\hspace{-1.111pt}\psi }} $$ J / ψ ($$\rightarrow $$ $$\mu ^+\mu ^-$$ μ + μ - )$$\pi ^+\pi ^-$$ π + π - final state in the forward region using proton-proton collision data collected by the LHCb experiment at the center-of-mass-energy of$$13\text {TeV} $$ 13 TeV in 2016, corresponding to an integrated luminosity of$$1.64\,\text {\,fb} ^{-1} $$ 1.64 \,fb - 1 . The fragmentation function, presented as the ratio of the quarkonium-tag transverse momentum to the full jet transverse momentum ($$p_{\textrm{T}} (\text {tag})/p_{\textrm{T}} (\text {jet})$$ p T ( tag ) / p T ( jet ) ), is measured differentially in$$p_{\textrm{T}} (\text {jet})$$ p T ( jet ) and$$p_{\textrm{T}} (\text {tag})$$ p T ( tag ) bins. The distributions are separated into promptly produced quarkonia from proton-proton collisions and quarkonia produced from displacedb-hadron decays. While the displaced quarkonia fragmentation functions are in general well described by parton-shower predictions, the prompt quarkonium distributions differ significantly from fixed-order non-relativistic QCD (NRQCD) predictions followed by a QCD parton shower. 
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