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This content will become publicly available on October 1, 2025

Title: Search for the Z Boson Decay to ττμμ in Proton-Proton Collisions at s=13  TeV
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  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10555066
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
American Physical Society
Date Published:
Journal Name:
Physical Review Letters
Volume:
133
Issue:
16
ISSN:
0031-9007
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. The J / ψ μ + μ μ + μ decay has been observed with a statistical significance in excess of five standard deviations. The analysis is based on an event sample of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, collected by the CMS experiment in 2018 and corresponding to an integrated luminosity of 33.6 fb 1 . Normalizing to the J / ψ μ + μ decay mode leads to a branching fraction of [ 10.1 2.7 + 3.3 ( stat ) ± 0.4 ( syst ) ] × 10 7 , a value that is consistent with the standard model prediction. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  2. 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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  3. The first observation of the concurrent production of two J / ψ mesons in proton-nucleus collisions is presented. The analysis is based on a proton-lead ( p Pb ) data sample recorded at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 8.16 TeV by the CMS experiment at the CERN LHC and corresponding to an integrated luminosity of 174.6 nb 1 . The two J / ψ mesons are reconstructed in their μ + μ decay channels with transverse momenta p T > 6.5 GeV and rapidity | y | < 2.4 . Events where one of the J / ψ mesons is reconstructed in the dielectron channel are also considered in the search. The p Pb J / ψ J / ψ + X process is observed with a significance of 5.3 standard deviations. The measured inclusive fiducial cross section, using the four-muon channel alone, is σ ( p Pb J / ψ J / ψ + X ) = 22.0 ± 8.9 ( stat ) ± 1.5 ( syst ) nb . A fit of the data to the expected rapidity separation for pairs of J / ψ mesons produced in single (SPS) and double (DPS) parton scatterings yields σ SPS p Pb J / ψ J / ψ + X = 16.5 ± 10.8 ( stat ) ± 0.1 ( syst ) nb and σ DPS p Pb J / ψ J / ψ + X = 5.4 ± 6.2 ( stat ) ± 0.4 ( syst ) nb , respectively. This latter result can be transformed into a lower bound on the effective DPS cross section, closely related to the squared average interparton transverse separation in the collision, of σ eff > 1.0 mb at 95% confidence level. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  4. A search for collective effects inside jets produced in proton-proton collisions is performed via correlation measurements of charged particles using the CMS detector at the CERN LHC. The analysis uses data collected at a center-of-mass energy of s = 13 TeV , corresponding to an integrated luminosity of 138 fb 1 . Jets are reconstructed with the anti- k T algorithm with a distance parameter of 0.8 and are required to have transverse momentum greater than 550 GeV and pseudorapidity | η jet | < 1.6 . Two-particle correlations among the charged particles within the jets are studied as functions of the particles’ azimuthal angle and pseudorapidity separations ( Δ ϕ * and Δ η * ) in a jet coordinate basis, where particles’ η * , ϕ * are defined relative to the direction of the jet. The correlation functions are studied in classes of in-jet charged-particle multiplicity up to N ch j 100 . Fourier harmonics are extracted from long-range azimuthal correlation functions to characterize azimuthal anisotropy for | Δ η * | > 2 . For low- N ch j jets, the long-range elliptic anisotropic harmonic, v 2 * , is observed to decrease with N ch j . This trend is well described by Monte Carlo event generators. However, a rising trend for v 2 * emerges at N ch j 80 , hinting at a possible onset of collective behavior, which is not reproduced by the models tested. This observation yields new insights into the dynamics of jet evolution in the vacuum. © 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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