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Journal Article PUBDB-2026-02374
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Search for light pseudoscalar bosons, pair-produced in Higgs boson decays in the four-electron final state in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2026
APS College Park, Md.

Physical review letters 136(18), 181807 () [10.1103/r53x-8fqp]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2025-235; CMS-EXO-24-031; arXiv:2511.19563

Abstract: A search for pairs of light neutral pseudoscalar bosons (A) resulting from the decay of a Higgs boson is performed. The search is conducted using LHC proton-proton collision data at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, collected with the CMS detector in 2016$-$2018 and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. The A boson decays into a highly collimated electron-positron pair. A novel multivariate algorithm using tracks and calorimeter information is developed to identify these distinctive signatures, and events are selected with two such merged electron-positron pairs. No significant excess above the standard model background predictions is observed. Upper limits on the branching fraction for H $\to$ AA $\to$ 4e are set at 95% confidence level, for masses between 10 and 100 MeV and proper decay lengths below 100 $μ$m, reaching branching fraction sensitivities as low as 10$^{-5}$. This is the first search for Higgs boson decays to four electrons via light pseudoscalars at the LHC. It significantly improves the experimental sensitivity to axion-like particles with masses below 100 MeV.

Classification:

Note: Submitted to Physical Review Letters. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/EXO-24-031 (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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Database coverage:
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