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This content will become publicly available on July 1, 2025

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
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. This paper presents a search for pair production of higgsinos, the supersymmetric partners of the Higgs bosons, in scenarios with gauge-mediated supersymmetry breaking. Each higgsino is assumed to decay into a Higgs boson and a nearly massless gravitino. The search targets events where each Higgs boson decays into b b ¯ , leading to a reconstructed final state with at least three energetic b -jets and missing transverse momentum. Two complementary analysis channels are used, with each channel specifically targeting either low or high values of the higgsino mass. The low-mass (high-mass) channel exploits 126 ( 139 ) fb 1 of s = 13 TeV data collected by the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider. No significant excess above the Standard Model prediction is found. At 95% confidence level, masses between 130 GeV and 940 GeV are excluded for higgsinos decaying exclusively into Higgs bosons and gravitinos. Exclusion limits as a function of the higgsino decay branching ratio to a Higgs boson are also reported. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration2024CERN 
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  2. A search for long-lived particles (LLPs) decaying in the CMS muon detectors is presented. A data sample of proton-proton collisions at s = 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 138 fb 1 , recorded at the LHC in 2016–2018, is used. The decays of LLPs are reconstructed as high multiplicity clusters of hits in the muon detectors. In the context of twin Higgs models, the search is sensitive to LLP masses from 0.4 to 55 GeV and a broad range of LLP decay modes, including decays to hadrons, τ leptons, electrons, or photons. No excess of events above the standard model background is observed. The most stringent limits to date from LHC data are set on the branching fraction of the Higgs boson decay to a pair of LLPs with masses below 10 GeV. This search also provides the best limits for various intervals of LLP proper decay length and mass. Finally, this search sets the first limits at the LHC on a dark quantum chromodynamic sector whose particles couple to the Higgs boson through gluon, Higgs boson, photon, vector, and dark-photon portals, and is sensitive to branching fractions of the Higgs boson to dark quarks as low as 2 × 10 3 . © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  3. Differential cross sections are measured for the standard model Higgs boson produced in association with vector bosons ( W , Z ) and decaying to a pair of b quarks. Measurements are performed within the framework of the simplified template cross sections. The analysis relies on the leptonic decays of the W and Z bosons, resulting in final states with 0, 1, or 2 electrons or muons. The Higgs boson candidates are either reconstructed from pairs of resolved b -tagged jets, or from single large-radius jets containing the particles arising from two b quarks. Proton-proton collision data at s = 13 TeV , collected by the CMS experiment in 2016–2018 and corresponding to a total integrated luminosity of 138 fb 1 , are analyzed. The inclusive signal strength, defined as the product of the observed production cross section and branching fraction relative to the standard model expectation, combining all analysis categories, is found to be μ = 1.1 5 0.20 + 0.22 . This corresponds to an observed (expected) significance of 6.3 (5.6) standard deviations. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  4. The first search for the Z boson decay to τ τ μ μ at the CERN LHC is presented, based on data collected by the CMS experiment at the LHC in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb 1 . The data are compatible with the predicted background. For the first time, an upper limit at the 95% confidence level of 6.9 times the standard model expectation is placed on the ratio of the Z τ τ μ μ to Z 4 μ branching fractions. Limits are also placed on the six flavor-conserving four-lepton effective-field-theory operators involving two muons and two tau leptons, for the first time testing all such operators. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  5. A search for the nonresonant production of Higgs boson pairs in the H H b b ¯ τ + τ channel is performed using 140 fb 1 of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded by the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. The analysis strategy is optimized to probe anomalous values of the Higgs boson self-coupling modifier κ λ and of the quartic H H V V ( V = W , Z ) coupling modifier κ 2 V . No significant excess above the expected background from Standard Model processes is observed. An observed (expected) upper limit μ H H < 5.9 ( 3.3 ) is set at 95% confidence-level on the Higgs boson pair production cross section normalized to its Standard Model prediction. The coupling modifiers are constrained to an observed (expected) 95% confidence interval of 3.1 < κ λ < 9.0 ( 2.5 < κ λ < 9.3 ) and 0.5 < κ 2 V < 2.7 ( 0.2 < κ 2 V < 2.4 ), assuming all other Higgs boson couplings are fixed to the Standard Model prediction. The results are also interpreted in the context of effective field theories via constraints on anomalous Higgs boson couplings and Higgs boson pair production cross sections assuming different kinematic benchmark scenarios. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration2024CERN 
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