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  • Measurements of WH and ZH production with Higgs boson decays into bottom quarks and direct constraints on the charm Yukawa coupling in 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector

This content will become publicly available on April 1, 2026

Title: Measurements of WH and ZH production with Higgs boson decays into bottom quarks and direct constraints on the charm Yukawa coupling in 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector
A<sc>bstract</sc> A study of the Higgs boson decaying into bottom quarks (H→$$ b\overline{b} $$ b b ¯ ) and charm quarks (H→$$ c\overline{c} $$ c c ¯ ) is performed, in the associated production channel of the Higgs boson with aWorZboson, using 140 fb−1of proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the ATLAS detector. The individual production ofWHandZHwithH→$$ b\overline{b} $$ b b ¯ is established with observed (expected) significances of 5.3 (5.5) and 4.9 (5.6) standard deviations, respectively. Differential cross-section measurements of the gauge boson transverse momentum within the simplified template cross-section framework are performed in a total of 13 kinematical fiducial regions. The search for theH→$$ c\overline{c} $$ c c ¯ decay yields an observed (expected) upper limit at 95% confidence level of 11.5 (10.6) times the Standard Model prediction. The results are also used to set constraints on the charm coupling modifier, resulting in|κc| <4.2 at 95% confidence level. Combining theH→$$ b\overline{b} $$ b b ¯ andH→$$ c\overline{c} $$ c c ¯ measurements constrains the absolute value of the ratio of Higgs-charm and Higgs-bottom coupling modifiers (|κc/κb|) to be less than 3.6 at 95% confidence level.  more » « less
Award ID(s):
2309613 2111244
PAR ID:
10599281
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
JHEP
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2025
Issue:
4
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> An analysis of the production of a Higgs boson (H) in association with a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H ) or a single top quark (tH) is presented. The Higgs boson decay into a bottom quark-antiquark pair (H →$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ ) is targeted, and three different final states of the top quark decays are considered, defined by the number of leptons (electrons or muons) in the event. The analysis utilises proton-proton collision data collected at the CERN LHC with the CMS experiment at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV in 2016–2018, which correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. The observed$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate relative to the standard model expectation is 0.33 ± 0.26 = 0.33 ± 0.17(stat) ± 0.21(syst). Additionally, the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate is determined in intervals of Higgs boson transverse momentum. An upper limit at 95% confidence level is set on the tH production rate of 14.6 times the standard model prediction, with an expectation of$$ {19.3}_{-6.0}^{+9.2} $$ 19.3 − 6.0 + 9.2 . Finally, constraints are derived on the strength and structure of the coupling between the Higgs boson and the top quark from simultaneous extraction of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H and tH production rates, and the results are combined with those obtained in other Higgs boson decay channels. 
    more » « less
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> This article presents a search for new resonances decaying into aZorWboson and a 125 GeV Higgs bosonh, and it targets the$$ \nu \overline{\nu}b\overline{b} $$ ν ν ¯ b b ¯ ,$$ {\ell}^{+}{\ell}^{-}b\overline{b} $$ ℓ + ℓ − b b ¯ , or$$ {\ell}^{\pm}\nu b\overline{b} $$ ℓ ± νb b ¯ final states, whereℓ=eorμ, in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data used correspond to a total integrated luminosity of 139 fb−1collected by the ATLAS detector during Run 2 of the LHC at CERN. The search is conducted by examining the reconstructed invariant or transverse mass distributions ofZhorWhcandidates for evidence of a localised excess in the mass range from 220 GeV to 5 TeV. No significant excess is observed and 95% confidence-level upper limits between 1.3 pb and 0.3 fb are placed on the production cross section times branching fraction of neutral and charged spin-1 resonances and CP-odd scalar bosons. These limits are converted into constraints on the parameter space of the Heavy Vector Triplet model and the two-Higgs-doublet model. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The charge-parity (CP) structure of the Yukawa interaction between the Higgs (H) boson and the top quark is measured in a data sample enriched in the t$$ \overline{\textrm{t}} $$ t ¯ H and tH associated production, using 138 fb−1of data collected in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the CMS experiment at the CERN LHC. The study targets events where the H boson decays via H → WW or H →ττand the top quarks decay via t → Wb: the W bosons decay either leptonically or hadronically, and final states characterized by the presence of at least two leptons are studied. Machine learning techniques are applied to these final states to enhance the separation ofCP-even fromCP-odd scenarios. Two-dimensional confidence regions are set onκtand$$ \overset{\sim }{\kappa } $$ κ ~ t, which are respectively defined as theCP-even andCP-odd top-Higgs Yukawa coupling modifiers. No significant fractionalCP-odd contributions, parameterized by the quantity|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |are observed; the parameter is determined to be|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |= 0.59 with an interval of (0.24,0.81) at 68% confidence level. The results are combined with previous results covering the H→ZZ and H→ γγdecay modes, yielding two- and one-dimensional confidence regions onκtand$$ \overset{\sim }{\kappa } $$ κ ~ t, while|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |is determined to be|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |= 0.28 with an interval of|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt | <0.55 at 68% confidence level, in agreement with the standard modelCP-even prediction of|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |= 0. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search is presented for the decay of the 125 GeV Higgs boson (H) to a pair of new light pseudoscalar bosons (a), followed by the prompt decay of each a boson to a bottom quark-antiquark pair,$$ \textrm{H}\to \textrm{aa}\to \textrm{b}\overline{\textrm{b}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ H → aa → b b ¯ b b ¯ . The analysis is performed using a data sample of proton-proton collisions collected with the CMS detector at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. To reduce the background from standard model processes, the search requires the Higgs boson to be produced in association with a leptonically decaying W or Z boson. The analysis probes the production of new light bosons in a 15 <ma< 60 GeV mass range. Assuming the standard model predictions for the Higgs boson production cross sections for pp → WH and ZH, model independent upper limits at 95% confidence level are derived for the branching fraction$$ \mathcal{B}\left(\textrm{H}\to \textrm{aa}\to \textrm{b}\overline{\textrm{b}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}}\right) $$ B H → aa → b b ¯ b b ¯ . The combined WH and ZH observed upper limit on the branching fraction ranges from 1.10 forma= 20 GeV to 0.36 forma= 60 GeV, complementing other measurements in theμμττ,ττττand bbℓℓ(ℓ=μ,τ) channels. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A measurement of the Higgs boson (H) production via vector boson fusion (VBF) and its decay into a bottom quark-antiquark pair ($$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ ) is presented using proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 90.8 fb−1. Treating the gluon-gluon fusion process as a background and constraining its rate to the value expected in the standard model (SM) within uncertainties, the signal strength of the VBF process, defined as the ratio of the observed signal rate to that predicted by the SM, is measured to be$$ {\mu}_{\textrm{Hb}\overline{\textrm{b}}}^{\textrm{qqh}}={1.01}_{-0.46}^{+0.55} $$ μ Hb b ¯ qqh = 1.01 − 0.46 + 0.55 . The VBF signal is observed with a significance of 2.4 standard deviations relative to the background prediction, while the expected significance is 2.7 standard deviations. Considering inclusive Higgs boson production and decay into bottom quarks, the signal strength is measured to be$$ {\mu}_{\textrm{Hb}\overline{\textrm{b}}}^{\textrm{incl}.}={0.99}_{-0.41}^{+0.48} $$ μ Hb b ¯ incl . = 0.99 − 0.41 + 0.48 , corresponding to an observed (expected) significance of 2.6 (2.9) standard deviations. 
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