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Title: Search for a Neutral Gauge Boson with Nonuniversal Fermion Couplings in Vector Boson Fusion Processes in Proton-Proton Collisions at s=13  TeV
The first search for a heavy neutral spin-1 gauge boson ( Z ) with nonuniversal fermion couplings produced via vector boson fusion processes and decaying to tau leptons or W bosons is presented. The analysis is performed using LHC data at s = 13 TeV , collected from 2016 to 2018 with the CMS experiment and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb 1 . The data are consistent with the standard model predictions. Upper limits are set on the product of the cross section for production of the Z boson and its branching fraction to τ τ or W W . The presence of a Z boson decaying to τ + τ ( W + W ) is excluded for masses up to 2.45(1.60) TeV, depending on the Z boson coupling to standard model weak bosons, and assuming a Z τ + τ ( W + W ) branching fraction of 50%.  more » « less
Award ID(s):
2209553 2121686
PAR ID:
10630220
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Physical Review Letters
Date Published:
Journal Name:
Physical Review Letters
Volume:
135
Issue:
6
ISSN:
0031-9007
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. PRD (Ed.)
    A search for heavy neutral gauge bosons ( Z ) decaying into a pair of tau leptons is performed in proton-proton collisions at s = 13 TeV at the CERN LHC. The data were collected with the CMS detector and correspond to an integrated luminosity of 138 fb 1 . The observations are found to be in agreement with the expectation from standard model processes. Limits at 95% confidence level are set on the product of the Z production cross section and its branching fraction to tau lepton pairs for a range of Z boson masses. For a narrow resonance in the sequential standard model scenario, a Z boson with a mass below 3.5 TeV is excluded. This is the most stringent limit to date from this type of search. © 2025 CERN, for the CMS Collaboration2025CERN 
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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. A measurement is presented of the cross section in proton-proton collisions for the production of two W bosons and one Z boson. It is based on data recorded by the CMS experiment at the CERN LHC at center-of-mass energies s = 13 and 13.6 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 200 fb 1 . Events with four charged leptons (electrons or muons) in the final state are selected. Both nonresonant W W Z production and Z H production, with the Higgs boson decaying into two W bosons, are reported. For the first time, the two processes are measured separately in a simultaneous fit. Combining the two modes, signal strengths relative to the standard model (SM) predictions of 0.75 0.29 + 0.34 and 1.74 0.60 + 0.71 are measured for s = 13 and 13.6 TeV, respectively. The observed (expected) significance for the triboson signal is 3.8 (2.5) standard deviations for s = 13.6 TeV , thus providing the first evidence for triboson production at this center-of-mass energy. Combining the two modes and the two center-of-mass energies, the inclusive signal strength relative to the SM prediction is measured to be 1.03 0.28 + 0.31 , with an observed (expected) significance of 4.5 (5.0) standard deviations. 
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  4. 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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  5. A combination of searches for a new resonance decaying into a Higgs boson pair is presented, using up to 139 fb 1 of p p collision data at s = 13 TeV recorded with the ATLAS detector at the LHC. The combination includes searches performed in three decay channels: b b ¯ b b ¯ , b b ¯ τ + τ , and b b ¯ γ γ . No excess above the expected Standard Model background is observed and upper limits are set at the 95% confidence level on the production cross section of Higgs boson pairs originating from the decay of a narrow scalar resonance with mass in the range 251 GeV–5 TeV. The observed (expected) limits are in the range 0.96–600 fb (1.2–390 fb). The limits are interpreted in the type-I two-Higgs-doublet model and the minimal supersymmetric standard model, and constrain parameter space not previously excluded by other searches. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration2024CERN 
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