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Simultaneous probe of the charm and bottom quark Yukawa couplings using ttH events

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-202; CMS-HIG-24-018; arXiv:2509.22535

Abstract: A search for the standard model Higgs boson decaying to a charm quark-antiquark pair, H $\to$$\mathrm{c\bar{c}}$, produced in association with a top quark-antiquark pair ($\mathrm{t\bar{t}}$H) is presented. The search is performed with data from proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. Advanced machine learning techniques are employed for jet flavor identification and event classification. The Higgs boson decay to a bottom quark-antiquark pair is measured simultaneously and the observed $\mathrm{t\bar{t}}$H bb event rate relative to the standard model expectation is 0.91$\pm^{+0.26}_{-0.22}$. The observed (expected) upper limit on the product of production cross section and branching fraction $σ$($\mathrm{t\bar{t}}$H)$\mathcal{B}$(H $\to$$\mathrm{c\bar{c}}$) is 0.11 (0.13$\pm^{+0.06}_{-0.04}$) pb at 95% confidence level, corresponding to 7.8 (8.7$\pm^{+4.0}_{-2.6}$) times the standard model prediction. When combined with the previous search for H $\to$ $\mathrm{c\bar{c}}$ via associated production with a W or Z boson, the observed (expected) 95% confidence interval on the Higgs-charm Yukawa coupling modifier, $κ_\mathrm{c}$, is $\lvert{κ_\mathrm{c}}\rvert$ $\lt$ 3.5 (2.7), the most stringent constraint to date.


Note: Submitted to Physical Review Letters. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/HIG-24-018 (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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