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  • Combination of searches for singly and doubly charged Higgs bosons produced via vector-boson fusion in proton–proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV with the ATLAS detector

This content will become publicly available on January 1, 2026

Title: Combination of searches for singly and doubly charged Higgs bosons produced via vector-boson fusion in proton–proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV with the ATLAS detector
A combination of searches for singly and doubly charged Higgs bosons, 𝐻± and 𝐻±±, produced via vector-boson fusion is performed using 140 fb−1 of proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV, collected with the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider. Searches targeting decays to massive vector bosons in leptonic final states (electrons or muons) are considered. New constraints are reported on the production cross section times branching fraction for charged Higgs boson masses between 200 GeV and 3000 GeV. The results are interpreted in the context of the Georgi-Machacek model for which the most stringent constraints to date are set for the masses considered in the combination.  more » « less
Award ID(s):
2110963
PAR ID:
10580543
Author(s) / Creator(s):
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Publisher / Repository:
Elsevier
Date Published:
Journal Name:
Physics Letters B
Volume:
860
Issue:
C
ISSN:
0370-2693
Page Range / eLocation ID:
139137
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    null (Ed.)
    A bstract A search for a light pseudoscalar Higgs boson (a) decaying from the 125 GeV (or a heavier) scalar Higgs boson (H) is performed using the 2016 LHC proton-proton collision data at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 35 . 9 fb − 1 , collected by the CMS experiment. The analysis considers gluon fusion and vector boson fusion production of the H, followed by the decay H → aa → μμττ , and considers pseudoscalar masses in the range 3 . 6 < m a < 21 GeV. Because of the large mass difference between the H and the a bosons and the small masses of the a boson decay products, both the μμ and the ττ pairs have high Lorentz boost and are collimated. The ττ reconstruction efficiency is increased by modifying the standard technique for hadronic τ lepton decay reconstruction to account for a nearby muon. No significant signal is observed. Model-independent limits are set at 95% confidence level, as a function of m a , on the branching fraction (ℬ) for H → aa → μμττ , down to 1 . 5 (2 . 0) × 10 − 4 for m H = 125 (300) GeV. Model-dependent limits on ℬ(H → aa) are set within the context of two Higgs doublets plus singlet models, with the most stringent results obtained for Type-III models. These results extend current LHC searches for heavier a bosons that decay to resolved lepton pairs and provide the first such bounds for an H boson with a mass above 125 GeV. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A combination of searches for new heavy spin-1 resonances decaying into different pairings ofW,Z, or Higgs bosons, as well as directly into leptons or quarks, is presented. The data sample used corresponds to 139 fb−1of proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected during 2015–2018 with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. Analyses selecting quark pairs (qq,bb,$$ t\overline{t} $$ t t ¯ , andtb) or third-generation leptons (τνandττ) are included in this kind of combination for the first time. A simplified model predicting a spin-1 heavy vector-boson triplet is used. Cross-section limits are set at the 95% confidence level and are compared with predictions for the benchmark model. These limits are also expressed in terms of constraints on couplings of the heavy vector-boson triplet to quarks, leptons, and the Higgs boson. The complementarity of the various analyses increases the sensitivity to new physics, and the resulting constraints are stronger than those from any individual analysis considered. The data exclude a heavy vector-boson triplet with mass below 5.8 TeV in a weakly coupled scenario, below 4.4 TeV in a strongly coupled scenario, and up to 1.5 TeV in the case of production via vector-boson fusion. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    null (Ed.)
    A bstract Searches are performed for a low-mass dimuon resonance, X , produced in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 5.1 fb − 1 and collected with the LHCb detector. The X bosons can either decay promptly or displaced from the proton-proton collision, where in both cases the requirements placed on the event and the assumptions made about the production mechanisms are kept as minimal as possible. The searches for promptly decaying X bosons explore the mass range from near the dimuon threshold up to 60 GeV, with nonnegligible X widths considered above 20 GeV. The searches for displaced X → μ + μ − decays consider masses up to 3 GeV. None of the searches finds evidence for a signal and 90% confidence-level exclusion limits are placed on the X → μ + μ − cross sections, each with minimal model dependence. In addition, these results are used to place world-leading constraints on GeV-scale bosons in the two-Higgs-doublet and hidden-valley scenarios. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for dark matter particles is performed using events with a pair of W bosons and large missing transverse momentum. Candidate events are selected by requiring one or two leptons (ℓ= electrons or muons). The analysis is based on proton-proton collision data collected at a center-of-mass energy of 13 TeV by the CMS experiment at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. No significant excess over the expected standard model background is observed in theℓνqq and 2ℓ2νfinal states of the W+W−boson pair. Limits are set on dark matter production in the context of a simplified dark Higgs model, with a dark Higgs boson mass above the W+W−mass threshold. The dark matter phase space is probed in the mass range 100–300 GeV, extending the scope of previous searches. Current exclusion limits are improved in the range of dark Higgs masses from 160 to 250 GeV, for a dark matter mass of 200 GeV. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A bstract A search for the exotic decay of the Higgs boson to a pair of light pseudoscalars, each of which subsequently decays into a pair of photons, is presented. The search uses data from proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded with the CMS detector at the LHC that corresponds to an integrated luminosity of 132 fb − 1 . The analysis probes pseudoscalar bosons with masses in the range 15–62 GeV, coming from the Higgs boson decay, which leads to four well-isolated photons in the final state. No significant deviation from the background-only hypothesis is observed. Upper limits are set on the product of the Higgs boson production cross section and branching fraction into four photons. The observed (expected) limits range from 0.80 (1.00) fb for a pseudoscalar boson mass of 15 GeV to 0.26 (0.24) fb for a mass of 62 GeV at 95% confidence level. 
    more » « less
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