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Search for flavor-changing neutral current interactions of the top quark mediated by a Higgs boson in proton-proton collisions at 13 TeV

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-174; CMS-TOP-22-002; arXiv:2407.15172

Abstract: A search for flavor-changing neutral current interactions of the top quark (t) and the Higgs boson (H) is presented. The search is based on proton-proton collision data collected in 2016-2018 at a center-of-mass energy of 13 TeV with the CMS detector at the LHC, and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. Events containing a pair of leptons with the same-sign electric charge and at least one jet are considered. The results are used to constrain the branching fraction ($\mathcal{B}$) of the top quark decaying to a Higgs boson and an up (u) or charm (c) quark. No significant excess above the estimated background was found. The observed (expected) upper limits at 95% confidence level are found to be 0.072% (0.059%) for $\mathcal{B}$(t $\to$ Hu) and 0.043% (0.062%) for $\mathcal{B}$(t $\to$ Hc). These results are combined with two other searches performed by the CMS Collaboration for flavor-changing neutral current interactions of top quarks and Higgs bosons in final states with a pair of photons or of bottom quarks. The resulting observed (expected) upper limits at 95% confidence level are 0.019% (0.027%) for $\mathcal{B}$(t $\to$ Hu) and 0.037% (0.035%) for $\mathcal{B}$(t $\to$ Hc). These results constitute the most stringent limits on these branching fractions to date.

Keyword(s): neutral current, flavor changing ; p p, scattering ; charge, electric ; Higgs particle ; branching ratio ; quark ; CMS ; TeV ; mediation ; photon ; lepton ; CERN LHC Coll ; same sign ; background ; charm


Note: Submitted to Physical Review D. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/TOP-22-002 (CMS Public Pages)
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project 390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  3. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2024
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Search for flavor-changing neutral current interactions of the top quark mediated by a Higgs boson in proton-proton collisions at 13 TeV
Physical review / D 112(3), 032008 () [10.1103/95q6-vvlp]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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