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Search for heavy resonances decaying into two Higgs bosons in the $\mathrm{b\bar{b}}τ^+τ^-$ final state in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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Report No.: CERN-EP-2025-299; CMS-B2G-24-014; arXiv:2601.20011

Abstract: A search is presented for massive narrow-width resonances in the mass range of 1$-$4.5 TeV, decaying into pairs of Higgs bosons (HH). The search uses proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV collected with the CMS detector at the CERN LHC during 2016$-$2018, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. The analysis targets final states where one Higgs boson decays into a pair of bottom quarks and the other into a pair of tau leptons, X $\to$ HH $\to$$\mathrm{b\bar{b}}τ^+τ^-$. It uses a single large jet to reconstruct the H $\to$$\mathrm{b\bar{b}}$ decay, while the H $\to$$τ^+τ^-$ decay products can either be contained within a single large jet or appear as two isolated tau leptons. The observed data are consistent with standard model background expectations. Upper limits at 95% confidence level are set on the production cross section for resonant HH production for masses between 1 and 4.5 TeV. This analysis sets the most sensitive limits to date on X $\to$ HH $\to$ $\mathrm{b\bar{b}}τ^+τ^-$ decays in the mass range of 1.4 to 4.5 TeV.


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-24-014 (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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