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  • Measurements of the Higgs boson production cross section in the four-lepton final state in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13.6 TeV

This content will become publicly available on May 1, 2026

Title: Measurements of the Higgs boson production cross section in the four-lepton final state in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13.6 TeV
A<sc>bstract</sc> The measurements of the Higgs boson (H) production cross sections performed by the CMS Collaboration in the four-lepton (4ℓ, ℓ= e,μ) final state at a center-of-mass energy$$\sqrt{s}$$= 13.6 TeV are presented. These measurements are based on data collected with the CMS detector at the CERN LHC in 2022, corresponding to an integrated luminosity of 34.7 fb−1. Cross sections are measured in a fiducial region closely matching the experimental acceptance, both inclusively and differentially, as a function of the transverse momentum and the absolute value of the rapidity of the four-lepton system. The H → ZZ → 4ℓinclusive fiducial cross section is measured to be$${2.89}_{-0.49}^{+0.53}{\left({\text{stat}}\right)}_{-0.21}^{+0.29}\left({\text{syst}}\right)$$fb, in agreement with the standard model expectation of$${3.09}_{-0.24}^{+0.27}$$fb.  more » « less
Award ID(s):
2310072
PAR ID:
10595576
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2025
Issue:
5
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Measurements of fiducial and total inclusive cross sections for W and Z boson production are presented in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 5.02 and 13 TeV. Electron and muon decay modes (ℓ= e orμ) are studied in the data collected with the CMS detector in 2017, in dedicated runs with reduced instantaneous luminosity. The data sets correspond to integrated luminosities of 298 ± 6 pb−1at 5.02 TeV and 206 ± 5 pb−1at 13 TeV. Measured values of the products of the total inclusive cross sections and the branching fractions at 5.02 TeV areσ(pp→W + X)$$ \mathcal{B} $$ B (W→ ℓν) = 7300±10 (stat)±60 (syst)±140 (lumi) pb, andσ(pp→Z+X)$$ \mathcal{B} $$ B (Z→ ℓ+ℓ−) = 669±2 (stat)±6 (syst)±13 (lumi) pb for the dilepton invariant mass in the range of 60–120 GeV. The corresponding results at 13 TeV are 20480±10 (stat)±170 (syst)±470 (lumi) pb and 1952±4 (stat)±18 (syst)±45 (lumi) pb. The measured values agree with cross section calculations at next-to-next-to-leading-order in perturbative quantum chromodynamics. Fiducial and total inclusive cross sections, ratios of cross sections of W+and W−production as well as inclusive W and Z boson production, and ratios of these measurements at 5.02 and 13 TeV are reported. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The measurements of the inclusive and differential fiducial cross sections of the Higgs boson decaying to a pair of photons are presented. The analysis is performed using proton-proton collisions data recorded with the CMS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 137 fb−1. The inclusive fiducial cross section is measured to be$$ {\sigma}_{\textrm{fid}}={73.4}_{-5.3}^{+5.4}{\left(\textrm{stat}\right)}_{-2.2}^{+2.4}\left(\textrm{syst}\right) $$ σ fid = 73.4 − 5.3 + 5.4 stat − 2.2 + 2.4 syst fb, in agreement with the standard model expectation of 75.4 ± 4.1 fb. The measurements are also performed in fiducial regions targeting different production modes and as function of several observables describing the diphoton system, the number of additional jets present in the event, and other kinematic observables. Two double differential measurements are performed. No significant deviations from the standard model expectations are observed. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Results are presented from a search for the Higgs boson decay H→Zγ, where Z→ ℓ+ℓ−withℓ= e or μ. The search is performed using a sample of proton-proton (pp) collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV, recorded by the CMS experiment at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Events are assigned to mutually exclusive categories, which exploit differences in both event topology and kinematics of distinct Higgs production mechanisms to enhance signal sensitivity. The signal strengthμ, defined as the product of the cross section and the branching fraction$$ \left[\sigma \left(\textrm{pp}\to \textrm{H}\right)\mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \textrm{Z}\upgamma \right)\right] $$ σ pp → H B H → Zγ relative to the standard model prediction, is extracted from a simultaneous fit to theℓ+ℓ−γ invariant mass distributions in all categories and is measured to beμ= 2.4 ± 0.9 for a Higgs boson mass of 125.38 GeV. The statistical significance of the observed excess of events is 2.7 standard deviations. This measurement corresponds to$$ \left[\sigma \left(\textrm{pp}\to \textrm{H}\right)\mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \textrm{Z}\upgamma \right)\right]=0.21\pm 0.08 $$ σ pp → H B H → Zγ = 0.21 ± 0.08 pb. The observed (expected) upper limit at 95% confidence level onμis 4.1 (1.8), where the expected limit is calculated under the background-only hypothesis. The ratio of branching fractions$$ \mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \textrm{Z}\upgamma \right)/\mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \upgamma \upgamma \right) $$ B H → Zγ / B H → γγ is measured to be$$ {1.5}_{-0.6}^{+0.7} $$ 1.5 − 0.6 + 0.7 , which agrees with the standard model prediction of 0.69 ± 0.04 at the 1.5 standard deviation level. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The polarization ofτleptons is measured using leptonic and hadronicτlepton decays in Z →τ+τ−events in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded by CMS at the CERN LHC with an integrated luminosity of 36.3 fb−1. The measuredτ−lepton polarization at the Z boson mass pole is$$ {\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ P τ Z = −0.144 ± 0.006 (stat) ± 0.014 (syst) = −0.144 ± 0.015, in good agreement with the measurement of theτlepton asymmetry parameter ofAτ= 0.1439 ± 0.0043 =$$ -{\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ − P τ Z at LEP. Theτlepton polarization depends on the ratio of the vector to axial-vector couplings of theτleptons in the neutral current expression, and thus on the effective weak mixing angle sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff , independently of the Z boson production mechanism. The obtained value sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff = 0.2319 ± 0.0008(stat) ± 0.0018(syst) = 0.2319 ± 0.0019 is in good agreement with measurements ate+e−colliders. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Measurements of the inclusive and normalised differential cross sections are presented for the production of single top quarks in association with a W boson in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The data used were recorded with the CMS detector at the LHC during 2016–2018, and correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. Events containing one electron and one muon in the final state are analysed. For the inclusive measurement, a multivariate discriminant, exploiting the kinematic properties of the events is used to separate the signal from the dominant$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ background. A cross section of$$ 79.2\pm 0.9{\left(\textrm{stat}\right)}_{-8.0}^{+7.7}\left(\textrm{syst}\right)\pm 1.2\left(\textrm{lumi}\right) $$ 79.2 ± 0.9 stat − 8.0 + 7.7 syst ± 1.2 lumi pb is obtained, consistent with the predictions of the standard model. For the differential measurements, a fiducial region is defined according to the detector acceptance, and the requirement of exactly one jet coming from the fragmentation of a bottom quark. The resulting distributions are unfolded to particle level and agree with the predictions at next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. 
    more » « less
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