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This content will become publicly available on May 1, 2026

Title: Measurement of the Higgs boson mass and width using the four-lepton final state in proton-proton collisions at s=13  TeV
A measurement of the Higgs boson mass and width via its decay to two Z bosons is presented. Proton-proton collision data collected by the CMS experiment, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb 1 at a center-of-mass energy of 13 TeV, is used. The invariant mass distribution of four leptons in the on-shell Higgs boson decay is used to measure its mass and constrain its width. This yields the most precise single measurement of the Higgs boson mass to date, 125.04 ± 0.12 GeV , and an upper limit on the width Γ H < 330 MeV at 95% confidence level. A combination of the on- and off-shell Higgs boson production decaying to four leptons is used to determine the Higgs boson width, assuming that no new virtual particles affect the production, a premise that is tested by adding new heavy particles in the gluon fusion loop model. This result is combined with a previous CMS analysis of the off-shell Higgs boson production with decay to two leptons and two neutrinos, giving a measured Higgs boson width of 3.0 1.5 + 2.0 MeV , in agreement with the standard model prediction of 4.1 MeV. The strength of the off-shell Higgs boson production is also reported. The scenario of no off-shell Higgs boson production is excluded at a confidence level corresponding to 3.8 standard deviations. © 2025 CERN, for the CMS Collaboration2025CERN  more » « less
Award ID(s):
2310072 2209557
PAR ID:
10595577
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
American Physical Society
Date Published:
Journal Name:
Physical Review D
Volume:
111
Issue:
9
ISSN:
2470-0010
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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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  2. 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 
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  3. 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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  4. PRD (Ed.)
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  5. 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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