Journal Article PUBDB-2024-06554

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Search for short- and long-lived axion-like particles in $H\rightarrow a a \rightarrow 4\gamma $ decays with the ATLAS experiment at the LHC

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2024
Springer Heidelberg

The European physical journal / C 84(7), 742 () [10.1140/epjc/s10052-024-12979-0]
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Report No.: CERN-EP-2023-202; arXiv:2312.03306

Abstract: Presented is the search for anomalous Higgs boson decays into two axion-like particles (ALPs) using the full Run 2 data set of $140\,\text {fb}^{-1}$ of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $13\,\text {TeV}$ recorded by the ATLAS experiment. The ALPs are assumed to decay into two photons, providing sensitivity to recently proposed models that could explain the $(g-2)_\mu $ discrepancy. This analysis covers an ALP mass range from 100 to $62\,\text {GeV}$ and ALP-photon couplings in the range $10^{-7}\,\text {TeV}^{-1}<C_{a\gamma \gamma }/\Lambda <1 \,\text {TeV}^{-1}$, and therefore includes signatures with significantly displaced vertices and highly collinear photons. No significant excess of events above the Standard Model background is observed. Upper limits at 95% confidence level are placed on the branching ratio of the Higgs boson to two ALPs in the four-photon final state, and are in the range of $ 10^{-5}$ to $3\times 10^{-2}$, depending on the hypothesized ALP mass and ALP-photon coupling strength.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; Higgs particle: branching ratio ; branching ratio: upper limit ; Higgs particle: rare decay ; decay: exotic ; axion-like particles ; ATLAS ; axion: pair production ; axion: radiative decay ; axion: mass ; photon: pair production ; coupling constant ; coupling: (axion 2photon) ; two-photon ; sensitivity ; final state: (4photon) ; magnetic moment ; collinear ; CERN LHC Coll ; background ; signature ; neutral particle: long-lived ; experimental results ; 13000 GeV-cms

Classification:

Note: Eur. Phys. J. C 84 (2024) 742. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HDBS-2019-19/

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 2024
Database coverage:
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