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Combination and interpretation of differential Higgs boson production cross sections in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-065; CMS-HIG-23-013; arXiv:2504.13081

Abstract: Precision measurements of Higgs boson differential production cross sections are a key tool to probe the properties of the Higgs boson and test the standard model. New physics can affect both Higgs boson production and decay, leading to deviations from the distributions that are expected in the standard model. In this paper, combined measurements of differential spectra in a fiducial region matching the experimental selections are performed, based on analyses of four Higgs boson decay channels ($\gamma\gamma$, ZZ$^{(*)}$, WW$^{(*)}$, and $\tau\tau$) using proton-proton collision data recorded with the CMS detector at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. The differential measurements are extrapolated to the full phase space and combined to provide the differential spectra. A measurement of the total Higgs boson production cross section is also performed using the $\gamma\gamma$ and ZZ decay channels, with a result of 53.4$^{+2.9}_{-2.9}$ (stat)$^{+1.9}_{-1.8}$ (syst) pb, consistent with the standard model prediction of 55.6 $\pm$ 2.5 pb. The fiducial measurements are used to compute limits on Higgs boson couplings using the $\kappa$-framework and the SM effective field theory.


Note: Submitted to the Journal of High Energy Physics. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/HIG-23-013 (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. 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 G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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