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Title: Search for a scalar or pseudoscalar dilepton resonance produced in association with a massive vector boson or top quark-antiquark pair in multilepton events at s=13  TeV
A search for beyond the standard model spin-0 bosons, ϕ , that decay into pairs of electrons, muons, or tau leptons is presented. The search targets the associated production of such bosons with a W or Z gauge boson, or a top quark-antiquark pair, and uses events with three or four charged leptons, including hadronically decaying tau leptons. The proton-proton collision data set used in the analysis was collected at the LHC from 2016 to 2018 at a center-of-mass energy of 13 TeV, and corresponds to an integrated luminosity of 138 fb 1 . The observations are consistent with the predictions from standard model processes. Upper limits are placed on the product of cross sections and branching fractions of such new particles over the mass range of 15 to 350 GeV with scalar, pseudoscalar, or Higgs-boson-like couplings, as well as on the product of coupling parameters and branching fractions. Several model-dependent exclusion limits are also presented. For a Higgs-boson-like ϕ model, limits are set on the mixing angle of the Higgs boson with the ϕ boson. For the associated production of a ϕ boson with a top quark-antiquark pair, limits are set on the coupling to top quarks. Finally, limits are set for the first time on a fermiophilic dilaton-like model with scalar couplings and a fermiophilic axion-like model with pseudoscalar couplings. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN  more » « less
Award ID(s):
2209553 2121686 2209460 2209443
PAR ID:
10537391
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Physical Review D
Date Published:
Journal Name:
Physical Review D
Volume:
110
Issue:
1
ISSN:
2470-0010
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A measurement of the Higgs boson mass and width via its decay to two Z bosons is presented. Proton-proton collision data collected by the CMS experiment, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb 1 at a center-of-mass energy of 13 TeV, is used. The invariant mass distribution of four leptons in the on-shell Higgs boson decay is used to measure its mass and constrain its width. This yields the most precise single measurement of the Higgs boson mass to date, 125.04 ± 0.12 GeV , and an upper limit on the width Γ H < 330 MeV at 95% confidence level. A combination of the on- and off-shell Higgs boson production decaying to four leptons is used to determine the Higgs boson width, assuming that no new virtual particles affect the production, a premise that is tested by adding new heavy particles in the gluon fusion loop model. This result is combined with a previous CMS analysis of the off-shell Higgs boson production with decay to two leptons and two neutrinos, giving a measured Higgs boson width of 3.0 1.5 + 2.0 MeV , in agreement with the standard model prediction of 4.1 MeV. The strength of the off-shell Higgs boson production is also reported. The scenario of no off-shell Higgs boson production is excluded at a confidence level corresponding to 3.8 standard deviations. © 2025 CERN, for the CMS Collaboration2025CERN 
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  3. The associated production of Higgs and W bosons via vector-boson fusion is highly sensitive to the relative sign of the Higgs boson couplings to W and Z bosons. In this Letter, two searches for this process are presented, using 140 fb 1 of proton-proton collision data at s = 13 TeV recorded by the ATLAS detector at the LHC. The first search targets scenarios with opposite-sign couplings of the W and Z bosons to the Higgs boson, while the second targets standard model-like scenarios with same-sign couplings. Both analyses consider Higgs boson decays into a pair of b quarks and W boson decays with an electron or muon. The data exclude the opposite-sign coupling hypothesis with a significance beyond 5 σ , and the observed (expected) upper limit set on the cross section for vector-boson fusion W H production is 9.0 (8.7) times the standard model value at 95% confidence level. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration2024CERN 
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