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Journal Article PUBDB-2025-02086
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Measurement of the Higgs boson mass and width using the four-lepton final state in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2025
American Physical Society Ridge, NY

Physical review / D 111(9), 092014 () [10.1103/PhysRevD.111.092014]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2024-210; CMS-HIG-21-019; arXiv:2409.13663

Abstract: A measurement of the Higgs boson mass and width via its decay to two Z bosons is presented. Proton-proton collision data collected by the CMS experiment, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$ at a center-of-mass energy of 13 TeV is used. The invariant mass distribution of four leptons in the on-shell Higgs boson decay is used to measure its mass and contrain its width. This yields the most precise single measurement of the Higgs boson mass to date, 125.04 $\pm$ 0.12 GeV, and an upper limit on the width $\Gamma_\mathrm{H}$$\lt$ 330 MeV at 95% confidence level. A combination of the on- and off-shell Higgs boson production decaying to four leptons is used to determine the Higgs boson width, assuming that no new virtual particles affect the production, a premise that is tested by adding new heavy particles in the gluon fusion loop model. This result is combined with a previous CMS analysis of the off-shell Higgs boson production with decay to two leptons and two neutrinos, giving a measured Higgs boson width of 3.0$^{+2.0}_{-1.5}$ MeV, in agreement with the standard model prediction of 4.1 MeV. The strength of the off-shell Higgs boson production is also reported. The scenario of no off-shell Higgs boson production is excluded at a confidence level corresponding to 3.8 standard deviations.

Classification:

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/HIG-21-019 (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 G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  3. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  4. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2025
Database coverage:
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 Record created 2025-06-27, last modified 2025-07-23
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