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Office of Scientific and Technical Information

Title: Observation of Z decays to four leptons with the CMS detector at the LHC

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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The first observation of the Z boson decaying to four leptons in proton-proton collisions is presented. The analyzed data set corresponds to an integrated luminosity of 5.02 inverse femtobarns at sqrt(s) = 7 TeV collected by the CMS detector at the Large Hadron Collider. A pronounced resonance peak, with a statistical significance of 9.7 sigma, is observed in the distribution of the invariant mass of four leptons (electrons and/or muons) with mass and width consistent with expectations for Z boson decays. The branching fraction and cross section reported here are defined by phase space restrictions on the leptons, namely, 80 < m[4l] < 100 GeV, where m[4l] is the invariant mass of the four leptons, and m[ll] > 4 GeV for all pairs of leptons, where m[ll] is the two-lepton invariant mass. The measured branching fraction is B(Z to 4l) = (4.2 /+0.9/-0.8 (stat.) +/- 0.2 (syst.)) 10E-6 and agrees with the standard model prediction of 4.45 10E-6. The measured cross section times branching fraction is sigma(pp to Z) B(Z to 4 l) = 112 +23/-20 (stat.) +7/-5 (syst.) +3/-2 (lumi.) fb, also consistent with the standard model prediction of 120 fb. The four-lepton mass peak arising from Z to 4 l decays provides a calibration channel for the Higgs boson search in the H to ZZ to 4 l decay mode.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Lab. (LLNL), Livermore, CA (United States); Argonne National Lab. (ANL), Argonne, IL (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
The CMS collaboration
DOE Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1406503
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-12-767-CMS; CMS-SMP-12-009; CERN-PH-EP-2012-283; arXiv:1210.3844; 1190671
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2012, Issue 12; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer Berlin
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (3)

FEWZ 2.0: A code for hadronic Z production at next-to-next-to-leading order journal November 2011
Search for the Standard Model Higgs Boson in the Decay Channel H Z Z 4 l in p p Collisions at s = 7 TeV journal March 2012
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007