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Measurement of the Z$γ$ production cross section and search for anomalous neutral triple gauge couplings in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-206; CMS-SMP-22-009; arXiv:2601.14102

Abstract: A measurement of the fiducial cross section of the associated production of a Z boson and a high-$p_\mathrm{T}$ photon, where the Z decays to two neutrinos, and a search for anomalous triple gauge couplings are reported. The results are based on data collected by the CMS experiment at the LHC in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV during 2016$-$2018, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. The fiducial Z$γ$ cross section, where a photon with a $p_\mathrm{T}$ greater than 225 GeV is produced in association with a Z, and the Z decays to a $ν\barν$ pair (Z($ν\barν$)$γ$), is measured to be 23.3$^{+1.4}_{-1.3}$ fb, in agreement, within uncertainties, with the standard model prediction. The differential cross section as a function of the photon $p_\mathrm{T}$ has been measured and compared with standard model predictions computed at next-to-leading and at next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. Constraints have been placed on the presence of anomalous couplings that affect the ZZ$γ$ and Z$γγ$ vertex using the $p_\mathrm{T}$ spectrum of the photons. The observed 95% confidence level intervals for $CP$-conserving $h_3^γ$ and $h_4^γ$ are determined to be ($-$3.4, 3.5) $\times$ 10$^{-4}$ and ($-$6.8, 6.8) $\times$ 10$^{-7}$, and for $h_3^\mathrm{Z}$ and $h_4^\mathrm{Z}$ they are ($-$2.2, 2.2) $\times$ 10$^{-4}$ and ($-$4.1, 4.2) $\times$ 10$^{-7}$, respectively. These are the strictest limits to date on $h_3^γ$, $h_3^\mathrm{Z}$ and $h_4^\mathrm{Z}$.


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/SMP-22-009 (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: Das Quantisierte Universum II (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS
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 Record created 2026-02-04, last modified 2026-02-05
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