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Search for resonances decaying to an anomalous jet and a Higgs boson in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-190; CMS-B2G-24-015; arXiv:2509.13635

Abstract: This paper presents a search for new physics through the process where a new massive particle, X, decays into a Higgs boson and a second particle, Y. The Higgs boson subsequently decays into a bottom quark-antiquark pair, reconstructed as a single large-radius jet. The decay products of Y are also assumed to produce a single large-radius jet. The identification of the Y particle is enhanced by computing the anomaly score of its candidate jet using an autoencoder, which measures deviations from typical QCD multijet jets. This allows a simultaneous search for multiple Y decay scenarios within a single analysis. In the main benchmark process, Y is a scalar particle that decays into W$^+$W$^-$. Two other benchmark processes are also considered, where Y is a scalar particle decaying into a light quark-antiquark pair, or into a top quark-antiquark pair. The last benchmark considers Y as a hadronically decaying top quark, arising from the decay of a vector-like quark into a top quark and a Higgs boson. Data recorded by the CMS experiment at a center-of-mass energy of 13 TeV in 2016$-$2018, and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$, are analyzed. No significant excess is observed, and upper limits on the benchmark signal cross section for various masses of X and Y, at 95% confidence level, are placed.


Note: Submitted to the European Physical Journal C. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/B2G-24-015 (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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