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  • Search for a new heavy scalar particle decaying into a Higgs boson and a new scalar singlet in final states with one or two light leptons and a pair of τ-leptons with the ATLAS detector
Title: Search for a new heavy scalar particle decaying into a Higgs boson and a new scalar singlet in final states with one or two light leptons and a pair of τ-leptons with the ATLAS detector
A<sc>bstract</sc> A search for a new heavy scalar particleXdecaying into a Standard Model (SM) Higgs boson and a new singlet scalar particleSis presented. The search uses a proton-proton (pp) collision data sample with an integrated luminosity of 140 fb−1recorded at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The most sensitive mass parameter space is explored inXmass ranging from 500 to 1500 GeV, with the correspondingSmass in the range 200–500 GeV. The search selects events with two hadronically decayingτ-lepton candidates fromH→τ+τ−decays and one or two light leptons (ℓ=e,μ) fromS→VV(V=W,Z) decays while the remainingVboson decays hadronically or to neutrinos. A multivariate discriminant based on event kinematics is used to separate the signal from the background. No excess is observed beyond the expected SM background and 95% confidence level upper limits between 72 fb and 542 fb are derived on the cross-sectionσ(pp→X→SH) assuming the same SM-Higgs boson-like decay branching ratios for theS→VVdecay. Upper limits on the visible cross-sectionsσ(pp→X→SH→WWττ) andσ(pp→X→SH→ZZττ) are also set in the ranges 3–26 fb and 6–33 fb, respectively.  more » « less
Award ID(s):
2111511
PAR ID:
10538276
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2023
Issue:
9
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for dark matter produced in association with a Higgs boson in final states with two hadronically decayingτ-leptons and missing transverse momentum is presented. The analysis uses 139 fb−1of proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider between 2015 and 2018. No evidence of physics beyond the Standard Model is found. The results are interpreted in terms of a 2HDM+amodel featuring two scalar Higgs doublets and a pseudoscalar singlet field. Exclusion limits on the parameters of the model in selected benchmark scenarios are derived at 95% confidence level. Model-independent limits are also set on the visible cross-section for processes beyond the Standard Model producing missing transverse momentum in association with a Higgs boson decaying intoτ-leptons. 
    more » « less
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> An inclusive search for long-lived exotic particles decaying to a pair of muons is presented. The search uses data collected by the CMS experiment at the CERN LHC in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV in 2016 and 2018 and corresponding to an integrated luminosity of 97.6 fb−1. The experimental signature is a pair of oppositely charged muons originating from a common secondary vertex spatially separated from the pp interaction point by distances ranging from several hundredμm to several meters. The results are interpreted in the frameworks of the hidden Abelian Higgs model, in which the Higgs boson decays to a pair of long-lived dark photons ZD, and of a simplified model, in which long-lived particles are produced in decays of an exotic heavy neutral scalar boson. For the hidden Abelian Higgs model withm(ZD) greater than 20 GeV and less than half the mass of the Higgs boson, they provide the best limits to date on the branching fraction of the Higgs boson to dark photons forcτ(ZD) (varying withm(ZD)) between 0.03 and ≈0.5 mm, and above ≈0.5 m. Our results also yield the best constraints on long-lived particles with masses larger than 10 GeV produced in decays of an exotic scalar boson heavier than the Higgs boson and decaying to a pair of muons. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review D)
    This paper presents a search for exotic decays of the Higgs boson into a pair of new pseudoscalar particles, H → aa, where one pseudoscalar decays into a b-quark pair and the other decays into a τ-lepton pair, in the mass range 12 ≤ ma ≤ 60 GeV. The analysis uses pp collision data at \sqrt{s} = 13 TeV collected with the ATLAS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 140 fb−1. No significant excess above the Standard Model (SM) prediction is observed. Assuming the SM Higgs boson production cross section, the search sets upper limits at 95% confidence level on the branching ratio of Higgs bosons decaying into BR (H → aa → bb\tau\tau), between 2.2% and 3.9% depending on the pseudoscalar mass. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for a charged Higgs boson H±decaying into a heavy neutral Higgs boson H and a W boson is presented. The analysis targets the H decay into a pair of tau leptons with at least one of them decaying hadronically and with an additional electron or muon present in the event. The search is based on proton-proton collision data recorded by the CMS experiment during 2016–2018 at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. The data are consistent with standard model background expectations. Upper limits at 95% confidence level are set on the product of the cross section and branching fraction for an H±in the mass range of 300–700 GeV, assuming an H with a mass of 200 GeV. The observed limits range from 0.085 pb for an H±mass of 300 Ge V to 0.019 pb for a mass of 700 GeV. These are the first limits on H±production in the H±→HW±decay channel at the LHC. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A bstract A search for Higgs boson pair production in events with two b -jets and two τ -leptons is presented, using a proton–proton collision dataset with an integrated luminosity of 139 fb − 1 collected at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the ATLAS experiment at the LHC. Higgs boson pairs produced non-resonantly or in the decay of a narrow scalar resonance in the mass range from 251 to 1600 GeV are targeted. Events in which at least one τ -lepton decays hadronically are considered, and multivariate discriminants are used to reject the backgrounds. No significant excess of events above the expected background is observed in the non-resonant search. The largest excess in the resonant search is observed at a resonance mass of 1 TeV, with a local (global) significance of 3 . 1 σ (2 . 0 σ ). Observed (expected) 95% confidence-level upper limits are set on the non-resonant Higgs boson pair-production cross-section at 4.7 (3.9) times the Standard Model prediction, assuming Standard Model kinematics, and on the resonant Higgs boson pair-production cross-section at between 21 and 900 fb (12 and 840 fb), depending on the mass of the narrow scalar resonance. 
    more » « less
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