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Evidence for Higgs boson decays to a low-mass dilepton system and a photon in pp collisions at $\sqrt{s} =$ 13 TeV with the ATLAS detector

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2021

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Report No.: CERN-EP-2021-035; arXiv:2103.10322

Abstract: A search for the Higgs boson decaying into a photon and a pair of electrons or muons with an invariant mass $m_{\ell\ell} < 30$ GeV is presented. The analysis is performed using 139 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data, produced by the LHC at a centre-of-mass energy of 13 TeV and collected by the ATLAS experiment. Evidence for the $H \rightarrow \ell \ell \gamma$ process is found with a significance of 3.2$\sigma$ over the background-only hypothesis, compared to an expected significance of 2.1$\sigma$. The best-fit value of the signal strength parameter, defined as the ratio of the observed signal yield to the one expected in the Standard Model, is $\mu = 1.5 \pm 0.5$. The Higgs boson production cross-section times the $H \rightarrow\ell\ell\gamma$ branching ratio for $m_{\ell\ell} <$ 30 GeV is determined to be 8.7 $^{+2.8}_{-2.7}$ fb.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; Higgs particle: production ; Higgs particle: radiative decay ; photon: associated production ; ATLAS ; channel cross section: branching ratio: measured ; CERN LHC Coll ; dilepton: mass spectrum ; electron: pair production ; muon: pair production ; mass spectrum: (electron positron) ; mass spectrum: (muon+ muon-) ; experimental results ; Higgs particle --> electron positron photon ; Higgs particle --> muon+ muon- photon ; 13000 GeV-cms


Note: 39 pages in total, author list starting page 23, 5 figures, 1 table, submitted to PLB, All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2018-43/

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2021
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Evidence for Higgs boson decays to a low-mass dilepton system and a photon in $pp$ collisions at $\sqrt{s} =$ 13 TeV with the ATLAS detector
Physics letters / B 819, 136412 (1-22) () [10.1016/j.physletb.2021.136412]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS


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