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  • Search for a heavy resonance decaying into a Z and a Higgs boson in events with an energetic jet and two electrons, two muons, or missing transverse momentum in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV

This content will become publicly available on February 1, 2026

Title: Search for a heavy resonance decaying into a Z and a Higgs boson in events with an energetic jet and two electrons, two muons, or missing transverse momentum in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A<sc>bstract</sc> A search is presented for a heavy resonance decaying into a Z boson and a Higgs (H) boson. The analysis is based on data from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1, recorded with the CMS experiment in the years 2016–2018. Resonance masses between 1.4 and 5 TeV are considered, resulting in large transverse momenta of the Z and H bosons. Final states that result from Z boson decays to pairs of electrons, muons, or neutrinos are considered. The H boson is reconstructed as a single large-radius jet, recoiling against the Z boson. Machine-learning flavour-tagging techniques are employed to identify decays of a Lorentz-boosted H boson into pairs of charm or bottom quarks, or into four quarks via the intermediate H → WW*and ZZ*decays. The analysis targets H boson decays that were not generally included in previous searches using the H →$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ channel. Compared with previous analyses, the sensitivity for high resonance masses is improved significantly in the channel where at most one b quark is tagged.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10635306
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:
2
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> Measurements are presented of inclusive and differential cross sections for Z boson associated production of top quark pairs ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{Z} $$ t t ¯ Z ) and single top quarks (tZq or tWZ). The data were recorded in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Events with three or more leptons, electrons or muons, are selected and a multiclass deep neural network is used to separate three event categories, the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{Z} $$ t t ¯ Z and tWZ processes, the tZq process, and the backgrounds. A profile likelihood approach is used to unfold the differential cross sections, to account for systematic uncertainties, and to determine the correlations between the two signal categories in one global fit. The inclusive cross sections for a dilepton invariant mass between 70 and 110 GeV are measured to be 1.14 ± 0.07 pb for the sum of$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{Z} $$ t t ¯ Z and tWZ, and 0.81 ± 0.10 pb for tZq, in good agreement with theoretical predictions. 
    more » « less
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 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. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 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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  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 search for Higgs boson pair (HH) production in association with a vector boson V (W or Z boson) is presented. The search is based on proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV, collected with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Both hadronic and leptonic decays of V bosons are used. The leptons considered are electrons, muons, and neutrinos. The HH production is searched for in the$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ b b ¯ decay channel. An observed (expected) upper limit at 95% confidence level of VHH production cross section is set at 294 (124) times the standard model prediction. Constraints are also set on the modifiers of the Higgs boson trilinear self-coupling,kλ, assumingk2V= 1, and vice versa on the coupling of two Higgs bosons with two vector bosons,k2V. The observed (expected) 95% confidence intervals of these coupling modifiers are−37.7 <kλ< 37.2 (−30.1 <kλ< 28.9) and−12.2 <k2V< 13.5 (−7.2 <k2V< 8.9), respectively. 
    more » « less
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