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This content will become publicly available on May 1, 2025

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$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$GeVto a pair of light pseudoscalars$$\text {a}_{1} $$a1is performed in final states where one pseudoscalar decays to two$${\textrm{b}}$$bquarks and the other to a pair of muons or$$\tau $$τleptons. A data sample of proton–proton collisions at$$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$s=13TeVcorresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1recorded 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$$\upmu \upmu \text{ b } \text{ b } $$μμbband to$$\uptau \uptau \text{ b } \text{ b },$$ττbb,via a pair of$$\text {a}_{1} $$a1s. The limits depend on the pseudoscalar mass$$m_{\text {a}_{1}}$$ma1and are observed to be in the range (0.17–3.3) $$\times 10^{-4}$$×10-4and (1.7–7.7) $$\times 10^{-2}$$×10-2in the$$\upmu \upmu \text{ b } \text{ b } $$μμbband$$\uptau \uptau \text{ b } \text{ b } $$ττbbfinal 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(Ha1a1bb)at 95%$$\text {CL}$$CL, with$$\ell $$being a muon or a$$\uptau $$τlepton. For different types of 2HDM+S, upper bounds on the branching fraction$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} )$$B(Ha1a1)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(Ha1a1)values above 0.23 are excluded at 95%$$\text {CL}$$CLfor$$m_{\text {a}_{1}}$$ma1values between 15 and 60$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$GeV.

 
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Award ID(s):
2209553
NSF-PAR ID:
10537389
Author(s) / Creator(s):
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