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Particle transformers for identifying Lorentz-boosted Higgs bosons decaying to a pair of W bosons

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2026

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Report No.: CERN-EP-2026-111; CMS-JME-25-001; arXiv:2604.09809

Abstract: A novel deep neural network classifier, a ``Particle transformer'' (PaRT), is introduced for the identification of highly Lorentz-boosted resonances reconstructed as single, multipronged jets in measurements and searches performed by the CMS Collaboration at the CERN LHC. Based on a self-attention mechanism that allows the model to weigh the importance of different particles, PaRT is trained on a wide variety of topologies, notably demonstrating strong performance for the first time on jets originating from boosted Higgs boson decays to W bosons. The PaRT algorithm achieves a tagging efficiency of more than 50% for such jets at a background efficiency of 1%, while maintaining decorrelation from the jet mass. A calibration is performed in proton-proton collision data collected by CMS at a center-of-mass energy of 13 TeV, with a data set corresponding to a total luminosity of 138 fb$^{-1}$. Data-to-simulation selection efficiency scale factors are measured to be in the 0.9$-$1.0 range, with relative uncertainties between 7 and 23%. The tagging capability of PaRT enhances the sensitivity of standard model measurements and searches for beyond-the-standard-model resonances decaying to hadronic diboson systems.


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/JME-25-001 (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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