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Title: Search for a heavy Higgs boson decaying into a Z boson and another heavy Higgs boson in the ℓℓbb final state in pp collisions at s = 13 TeV with the ATLAS detector

Journal Article · · Physics Letters. B
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A search for a heavy neutral Higgs boson, A, decaying into a Z boson and another heavy Higgs boson, H, is performed using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 36.1 fb-1 from proton–proton collisions at $$\sqrt{s}$$=13 TeV recorded in 2015 and 2016 by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The search considers the Z boson decaying to electrons or muons and the H boson into a pair of b-quarks. No evidence for the production of an A boson is found. Considering each production process separately, the 95% confidence-level upper limits on the pp→A→ZH production cross-section times the branching ratio H→bb are in the range of 14–830 fb for the gluon–gluon fusion process and 26–570 fb for the b-associated process for the mass ranges 130–700 GeV of the H boson and 230–800 GeV of the A boson. The results are interpreted in the context of two-Higgs-doublet models.

Research Organization:
Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Oak Ridge, TN (United States). Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States); Brookhaven National Laboratory (BNL), Upton, NY (United States); Univ. of Michigan, Ann Arbor, MI (United States); Harvard Univ., Cambridge, MA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
The ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-76SF00515; SC0012704; SC0007859; SC0007881
OSTI ID:
1460420
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1475545; OSTI ID: 1499413; OSTI ID: 1499439; OSTI ID: 1499478; OSTI ID: 1639163; OSTI ID: 1769376
Report Number(s):
BNL-209229-2018-JACI; BNL-209254-2018-JACI; BNL-209298-2018-JACI; S0370269318305446; PII: S0370269318305446
Journal Information:
Physics Letters. B, Journal Name: Physics Letters. B Vol. 783 Journal Issue: C; ISSN 0370-2693
Publisher:
ElsevierCopyright Statement
Country of Publication:
Netherlands
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 64 works
Citation information provided by
Web of Science

References (46)

ZZ production at hadron colliders in NNLO QCD journal July 2014
Next-to-next-to-leading-order collinear and soft gluon corrections for t -channel single top quark production journal May 2011
Axions and the strong C P problem journal March 2010
Reconstruction of primary vertices at the ATLAS experiment in Run 1 proton–proton collisions at the LHC journal May 2017
Echoes of the Electroweak Phase Transition: Discovering a Second Higgs Doublet through A 0 Z H 0 journal November 2014
Theory and phenomenology of two-Higgs-doublet models journal July 2012
The anatomy of electroweak symmetry breaking Tome II: The Higgs bosons in the Minimal Supersymmetric Model journal April 2008
Performance of algorithms that reconstruct missing transverse momentum in $$\sqrt{s}$$ s = 8 TeV proton–proton collisions in the ATLAS detector journal April 2017
Estimating the significance of a signal in a multi-dimensional search journal December 2011
Electroweak baryogenesis in the two-doublet model journal July 1991
The EvtGen particle decay simulation package journal April 2001
A brief introduction to PYTHIA 8.1 journal June 2008
New parton distributions for collider physics journal October 2010
Exclusive Higgs boson production with bottom quarks at hadron colliders journal April 2004
Next-to-Next-to-Leading Order Higgs Production at Hadron Colliders journal May 2002
Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC journal September 2012
Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC journal September 2012
Parton distributions for the LHC journal July 2009
Performance of the ATLAS trigger system in 2015 journal May 2017
Topological cell clustering in the ATLAS calorimeters and its performance in LHC Run 1 journal July 2017
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Parton distributions with LHC data journal February 2013
Electron and photon energy calibration with the ATLAS detector using LHC Run 1 data journal October 2014
SusHi: A program for the calculation of Higgs production in gluon fusion and bottom-quark annihilation in the Standard Model and the MSSM journal June 2013
Neutrino mass models journal December 2003
Performance of pile-up mitigation techniques for jets in $$pp$$ p p collisions at $$\sqrt{s}=8$$ s = 8  TeV using the ATLAS detector journal October 2016
Search for neutral resonances decaying into a Z boson and a pair of b jets or τ leptons journal August 2016
Muon reconstruction performance of the ATLAS detector in proton–proton collision data at $$\sqrt{s}$$ s =13 TeV journal May 2016
A Theory of Spontaneous T Violation journal August 1973
ZZ production at the LHC: Fiducial cross sections and distributions in NNLO QCD journal November 2015
W ± Z production at hadron colliders in NNLO QCD journal October 2016
Combination of searches for heavy resonances decaying to WW, WZ, ZZ, WH, and ZH boson pairs in proton–proton collisions at s = 8 and 13 TeV journal November 2017
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Next-to-next-to-leading logarithm resummation for s -channel single top quark production journal March 2010
Tuning Monte Carlo generators: The Perugia tunes journal October 2010
Erratum to: Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal July 2013
Geant4—a simulation toolkit
  • Agostinelli, S.; Allison, J.; Amako, K.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 506, Issue 3 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
journal July 2003
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Two-loop soft anomalous dimensions for single top quark associated production with a W or H journal September 2010
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
Progress in Electroweak Baryogenesis journal December 1993
2HDMC – two-Higgs-doublet model calculator journal January 2010
Search for heavy resonances decaying into a vector boson and a Higgs boson in final states with charged leptons, neutrinos, and b quarks journal May 2017
W + W Production at Hadron Colliders in Next to Next to Leading Order QCD journal November 2014
Simplified models for dark matter searches at the LHC journal September 2015
Higgs radiation off bottom quarks at the Fermilab Tevatron and the CERN LHC journal October 2004

Figures / Tables (8)