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Search for a new resonance decaying to a Higgs boson and a scalar boson in events with two b jets and two Z bosons in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13.6 TeV

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2026

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Report No.: CERN-EP-2026-020; CMS-B2G-24-022; arXiv:2602.18223

Abstract: A search is performed for a new resonance X decaying into either a pair of Higgs bosons (HH) or into a Higgs boson and a new scalar boson Y (HY), using proton-proton collision data collected at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. This study performs a comprehensive exploitation of the bbZZ events, encompassing the following decay topologies. One H candidate is identified through its decay into a bottom quark-antiquark pair, while the other H or the Y candidate is selected through its decay into a pair of Z bosons. One Z boson is required to decay leptonically and the other, to decay into a pair of quarks or neutrinos. Events of interest are categorized based on the Lorentz boosts of the hadronically decaying H and Z bosons. Machine-learning-based discriminants, together with the reconstructed resonance mass, are employed across the different categories to separate signal from backgrounds, and their corresponding distributions are included in a simultaneous fit. No significant deviations from the standard model predictions are observed. Upper limits at the 95% confidence level are set on the HH and HY production cross sections. For resonant HH production, the upper limit on the cross section of pp $\to$ HH production is 1 pb for a high-mass resonance. For HY production, the upper limit on the cross section of the process pp $\to$ X $\to$ bbZZ is approximately 5 fb for a high-mass resonance. This is comparable to the sensitivity achieved in other analyses, which focus on H decays to $γγ$ or $ττ$ and Y decays into a pair of bottom quarks or massive vector bosons.


Note: Submitted to Physical Review D. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/B2G-24-022 (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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