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  • Search for a cH signal in the associated production of at least one charm quark with a Higgs boson in the diphoton decay channel in pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV

This content will become publicly available on November 1, 2026

Title: Search for a cH signal in the associated production of at least one charm quark with a Higgs boson in the diphoton decay channel in pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV
A<sc>bstract</sc> This paper presents the first search for a cH signal sensitive to the coupling of the charm quark (c) to the Higgs boson (H) in the associated production of at least one charm quark with a Higgs boson decaying to two photons. The results are based on a data set of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV collected with the CMS experiment at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Assuming the standard model (SM) rates for all other Higgs boson production processes, the observed (expected) upper limit at 95% confidence level on the cH signal strength is 243 (355) times the SM prediction. Under the same assumption, the observed (expected) allowed interval on the Higgs boson to charm quark coupling modifier,κc, is|κc| <38.1 (|κc| <72.5) at 95% confidence level.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10710831
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer Nature
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2025
Issue:
11
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 study of the Higgs boson decaying into bottom quarks (H→$$ b\overline{b} $$ bb¯ ) and charm quarks (H→$$ c\overline{c} $$ cc¯ ) 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→$$ b\overline{b} $$ bb¯ 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→$$ c\overline{c} $$ cc¯ 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→$$ b\overline{b} $$ bb¯ andH→$$ c\overline{c} $$ cc¯ 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
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract A search for the Higgs boson decaying into a pair of charm quarks is presented. The analysis uses proton–proton collisions to target the production of a Higgs boson in association with a leptonically decaying W or Z boson. The dataset delivered by the LHC at a centre-of-mass energy of "Equation missing" and recorded by the ATLAS detector corresponds to an integrated luminosity of 139  $$\text{ fb}^{-1}$$ fb - 1 . Flavour-tagging algorithms are used to identify jets originating from the hadronisation of charm quarks. The analysis method is validated with the simultaneous measurement of WW ,  WZ and ZZ production, with observed (expected) significances of 2.6 (2.2) standard deviations above the background-only prediction for the $$(W/Z)Z(\rightarrow c{\bar{c}})$$ ( W / Z ) Z ( → c c ¯ ) process and 3.8 (4.6) standard deviations for the $$(W/Z)W(\rightarrow cq)$$ ( W / Z ) W ( → c q ) process. The $$(W/Z)H(\rightarrow c {\bar{c}})$$ ( W / Z ) H ( → c c ¯ ) search yields an observed (expected) upper limit of 26 (31) times the predicted Standard Model cross-section times branching fraction for a Higgs boson with a mass of "Equation missing" , corresponding to an observed (expected) constraint on the charm Yukawa coupling modifier $$|\kappa _c| < 8.5~(12.4)$$ | κ c | < 8.5 ( 12.4 ) , at the 95% confidence level. A combination with the ATLAS $$(W/Z)H, H\rightarrow b{\bar{b}}$$ ( W / Z ) H , H → b b ¯ analysis is performed, allowing the ratio $$\kappa _c / \kappa _b$$ κ c / κ b to be constrained to less than 4.5 at the 95% confidence level, smaller than the ratio of the b- and c-quark masses, and therefore determines the Higgs-charm coupling to be weaker than the Higgs-bottom coupling at the 95% confidence level. 
    more » « less
  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for Higgs boson pair (HH) production with one Higgs boson decaying to two bottom quarks and the other to two W bosons are presented. The search is done using proton-proton collisions data at a centre-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1recorded by the CMS detector at the LHC from 2016 to 2018. The final states considered include at least one leptonically decaying W boson. No evidence for the presence of a signal is observed and corresponding upper limits on the HH production cross section are derived. The limit on the inclusive cross section of the nonresonant HH production, assuming that the distributions of kinematic observables are as expected in the standard model (SM), is observed (expected) to be 14 (18) times the value predicted by the SM, at 95% confidence level. The limits on the cross section are also presented as functions of various Higgs boson coupling modifiers, and anomalous Higgs boson coupling scenarios. In addition, limits are set on the resonant HH production via spin-0 and spin-2 resonances within the mass range 250–900 GeV. 
    more » « less
  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    null (Ed.)
    A bstract A search for nonresonant production of Higgs boson pairs via gluon-gluon and vector boson fusion processes in final states with two bottom quarks and two photons is presented. The search uses data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 fb − 1 . No significant deviation from the background-only hypothesis is observed. An upper limit at 95% confidence level is set on the product of the Higgs boson pair production cross section and branching fraction into $$ \gamma \gamma \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ γγ b b ¯ . The observed (expected) upper limit is determined to be 0.67 (0 . 45) fb, which corresponds to 7.7 (5.2) times the standard model prediction. This search has the highest sensitivity to Higgs boson pair production to date. Assuming all other Higgs boson couplings are equal to their values in the standard model, the observed coupling modifiers of the trilinear Higgs boson self-coupling κ λ and the coupling between a pair of Higgs bosons and a pair of vector bosons c 2V are constrained within the ranges − 3 . 3 < κ λ < 8 . 5 and − 1 . 3 < c 2V < 3 . 5 at 95% confidence level. Constraints on κ λ are also set by combining this analysis with a search for single Higgs bosons decaying to two photons, produced in association with top quark-antiquark pairs, and by performing a simultaneous fit of κ λ and the top quark Yukawa coupling modifier κ t . 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The results of a search for Higgs boson pair (HH) production in the WW*WW*, WW*ττ, andττττdecay modes are presented. The search uses 138 fb−1of proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at the LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV from 2016 to 2018. Analyzed events contain two, three, or four reconstructed leptons, including electrons, muons, and hadronically decaying tau leptons. No evidence for a signal is found in the data. Upper limits are set on the cross section for nonresonant HH production, as well as resonant production in which a new heavy particle decays to a pair of Higgs bosons. For nonresonant production, the observed (expected) upper limit on the cross section at 95% confidence level (CL) is 21.3 (19.4) times the standard model (SM) prediction. The observed (expected) ratio of the trilinear Higgs boson self-coupling to its value in the SM is constrained to be within the interval −6.9 to 11.1 (−6.9 to 11.7) at 95% CL, and limits are set on a variety of new-physics models using an effective field theory approach. The observed (expected) limits on the cross section for resonant HH production range from 0.18 to 0.90 (0.08 to 1.06) pb at 95% CL for new heavy-particle masses in the range 250–1000 GeV. 
    more » « less
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