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Search for heavy H$γ$ and Z$γ$ resonances with a bottom quark-antiquark pair in the final state in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-217; CMS-B2G-24-007; arXiv:2511.14583

Abstract: A search for heavy resonances decaying into a Higgs boson (H) or a Z boson and a photon ($γ$), with the H or Z bosons decaying to a bottom quark-antiquark pair ($\mathrm{b\bar{b}}$) is presented. The analysis is performed using proton-proton collision data at $\sqrt{s}$ = 13 TeV collected by the CMS experiment at the CERN Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. The analyzed events contain a photon and a massive large-radius jet originating from a Lorentz-boosted $\mathrm{b\bar{b}}$ system. An advanced transformer-based algorithm classifies jets according to their substructure and quark flavors, forming a tagger that identifies jets as candidates from H/Z $\to$$\mathrm{b\bar{b}}$ decays. A set of parametric functions is used to fit the photon-jet invariant mass spectrum and to extract potential signals. No significant excess is observed above the standard model expectations. The results set upper limits at 95% confidence level on the product of the cross section and the branching fraction for spin-1 H$γ$ resonances and spin-0 Z$γ$ resonances, below 0.1 and 0.3 fb, respectively, representing the most stringent limits to date.


Note: Submitted to Science Bulletin. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/B2G-24-007 (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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 Record created 2025-12-02, last modified 2025-12-02
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