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  • Search for a heavy pseudoscalar Higgs boson decaying to a 125 GeV Higgs boson and a Z boson in final states with two tau and two light leptons in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV

This content will become publicly available on October 1, 2026

Title: Search for a heavy pseudoscalar Higgs boson decaying to a 125 GeV Higgs boson and a Z boson in final states with two tau and two light leptons in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV
A<sc>bstract</sc> A search for a heavy pseudoscalar Higgs boson, A, decaying to a 125 GeV Higgs boson h and a Z boson is presented. The h boson is identified via its decay to a pair of tau leptons, while the Z boson is identified via its decay to a pair of electrons or muons. The search targets the production of the A boson via the gluon-gluon fusion process, gg → A, and in association with bottom quarks,$$\text{b}\overline{\text{b}}\text{A }$$. The analysis uses a data sample corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1collected with the CMS detector at the CERN LHC in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of$$\sqrt{s}=13$$TeV. Constraints are set on the product of the cross sections of the A production mechanisms and the A → Zh decay branching fraction. The observed (expected) upper limit at 95% confidence level ranges from 0.049 (0.060) pb to 1.02 (0.79) pb for the gg → A process and from 0.053 (0.059) pb to 0.79 (0.61) pb for the$$\text{b}\overline{\text{b}}\text{A }$$process in the probed range of the A boson mass,mA, from 225 GeV to 1 TeV. The results of the search are used to constrain parameters within the$${\text{M}}_{\text{h},\text{EFT}}^{125}$$benchmark scenario of the minimal supersymmetric extension of the standard model. Values of tanβbelow 2.2 are excluded in this scenario at 95% confidence level for allmAvalues in the range from 225 to 350 GeV.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10648288
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:
10
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> 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. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Three searches are presented for signatures of physics beyond the standard model (SM) inττfinal states in proton-proton collisions at the LHC, using a data sample collected with the CMS detector at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Upper limits at 95% confidence level (CL) are set on the products of the branching fraction for the decay intoτleptons and the cross sections for the production of a new bosonϕ, in addition to the H(125) boson, via gluon fusion (ggϕ) or in association with b quarks, ranging from$$ \mathcal{O} $$ O (10 pb) for a mass of 60 GeV to 0.3 fb for a mass of 3.5 TeV each. The data reveal two excesses for ggϕproduction with localp-values equivalent to about three standard deviations atmϕ= 0.1 and 1.2 TeV. In a search fort-channel exchange of a vector leptoquark U1, 95% CL upper limits are set on the dimensionless U1leptoquark coupling to quarks andτleptons ranging from 1 for a mass of 1 TeV to 6 for a mass of 5 TeV, depending on the scenario. In the interpretations of the$$ {M}_{\textrm{h}}^{125} $$ M h 125 and$$ {M}_{\textrm{h},\textrm{EFT}}^{125} $$ M h , EFT 125 minimal supersymmetric SM benchmark scenarios, additional Higgs bosons with masses below 350 GeV are excluded at 95% CL. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract A search is reported for long-lived dark photons with masses between 0.1 GeV and 15 GeV, from exotic decays of Higgs bosons produced via vector-boson-fusion. Events that contain displaced collimated Standard Model fermions reconstructed in the calorimeter or muon spectrometer are probed. This search uses the full LHC Run 2 (2015–2018) data sample collected in proton–proton collisions at$$\sqrt{s}=13$$ s = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 139$$fb^{-1}$$ f b - 1 . Dominant backgrounds from Standard Model processes and non-collision sources are estimated using data-driven techniques. The observed event yields in the signal regions are consistent with the expected background. Upper limits on the Higgs boson to dark photon branching fraction are reported as a function of the dark photon mean proper decay length or of the dark photon mass and the coupling between the Standard Model and the potential dark sector. This search is combined with previous ATLAS searches obtained in the gluon–gluon fusion andWHproduction modes. A branching fraction above 10% is excluded at 95% CL for a 125 GeV Higgs boson decaying into two dark photons for dark photon mean proper decay lengths between 173 and 1296 mm and mass of 10 GeV. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 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. 
    more » « less
  5. ; ; (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> We present next-to-leading order perturbative QCD predictions for four-jet-like event-shape observables in hadronic Higgs decays. To this end, we take into account two Higgs-decay categories: involving either the Yukawa-induced decay to a$${\text{b}}\overline{{\text{b}} }$$pair or the loop-induced decay to two gluons via an effective Higgs-gluon-gluon coupling. We present results for distributions related to the event-shape variables thrust minor, light-hemisphere mass, narrow jet broadening,D-parameter, and Durham four-to-three-jet transition variable. For each of these observables we study the impact of higher-order corrections and compare their size and shape in the two Higgs-decay categories. We find large NLO corrections with a visible shape difference between the two decay modes, leading to a significant shift of the peak in distributions related to the H→gg decay mode. 
    more » « less
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