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Journal Article PUBDB-2022-04097
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Search for heavy resonances decaying to a pair of Lorentz-boosted Higgs bosons in final states with leptons and a bottom quark pair at $ \sqrt{s} $= 13 TeV

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2022
SISSA [Trieste]

Journal of high energy physics 05(5), 014 () [10.1007/JHEP05(2022)005]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2021-226; CMS-B2G-20-007; arXiv:2112.03161

Abstract: A search for new heavy resonances decaying to a pair of Higgs bosons (HH) in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV is presented. Data were collected with the CMS detector at the LHC in 2016–2018, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{−1}$. Resonances with a mass between 0.8 and 4.5 TeV are considered using events in which one Higgs boson decays into a bottom quark pair and the other into final states with either one or two charged leptons. Specifically, the single-lepton decay channel $ \mathrm{HH}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}{\mathrm{WW}}^{\ast}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\ell v\mathrm{q}{\overline{\mathrm{q}}}^{\prime } $ and the dilepton decay channels $ \mathrm{HH}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}{\mathrm{WW}}^{\ast}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\ell v\ell v $ and $ \mathrm{HH}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\tau \tau \to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}\ell vv\ell vv $ are examined, where ℓ in the final state corresponds to an electron or muon. The signal is extracted using a two-dimensional maximum likelihood fit of the $ \mathrm{H}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $ jet mass and HH invariant mass distributions. No significant excess above the standard model expectation is observed in data. Model-independent exclusion limits are placed on the product of the cross section and branching fraction for narrow spin-0 and spin-2 massive bosons decaying to HH. The results are also interpreted in the context of radion and bulk graviton production in models with a warped extra spatial dimension. The results provide the most stringent limits to date for X → HH signatures with final-state leptons and at some masses provide the most sensitive limits of all X → HH searches.

Keyword(s): p p: colliding beams ; resonance: production ; resonance: heavy ; resonance: mass ; Higgs particle: pair production ; boson: massive ; Higgs particle: decay modes ; bottom: pair production ; W: pair production ; W: leptonic decay ; new physics: search for ; space-time: higher-dimensional ; graviton: production ; final state: ((n)jet dilepton) ; final state: ((n)jet lepton) ; jet: mass ; p p: scattering ; muon ; gravitation ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; electron ; CERN LHC Coll ; warped ; signature ; mass spectrum: (2Higgs particle) ; spin: resonance ; spin: 0 ; spin: 2 ; radion: production ; CMS ; statistical analysis ; data analysis method ; experimental results ; 13000 GeV-cms ; Beyond Standard Model ; Hadron-Hadron Scattering ; Higgs Physics ; Particle and Resonance Production

Classification:
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  3. DFG project 390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2022
Database coverage:
Medline ; Creative Commons Attribution CC BY 4.0 ; SCOAP3 OpenAccess ; DOAJ ; OpenAccess ; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; DOAJ Seal ; Ebsco Academic Search ; Essential Science Indicators ; IF >= 5 ; JCR ; NationallizenzNationallizenz ; SCOAP3 sponsored Journal ; SCOPUS ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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