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Title: Measurements of the Higgs boson width and anomalous H V V couplings from on-shell and off-shell production in the four-lepton final state

Journal Article · · Physical Review D
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Studies of on-shell and off-shell Higgs boson production in the four-lepton final state are presented, using data from the CMS experiment at the LHC that correspond to an integrated luminosity of 80.2 fb - 1 at a center-of-mass energy of 13 TeV. Joint constraints are set on the Higgs boson total width and parameters that express its anomalous couplings to two electroweak vector bosons. These results are combined with those obtained from the data collected at center-of-mass energies of 7 and 8 TeV, corresponding to integrated luminosities of 5.1 and 19.7 fb - 1 , respectively. Kinematic information from the decay particles and the associated jets are combined using matrix element techniques to identify the production mechanism and to increase sensitivity to the Higgs boson couplings in both production and decay. The constraints on anomalous H V V couplings are found to be consistent with the standard model expectation in both the on-shell and off-shell regions. Under the assumption of a coupling structure similar to that in the standard model, the Higgs boson width is constrained to be 3. 2 - 2.2 + 2.8 MeV while the expected constraint based on simulation is 4. 1 - 4.0 + 5.0 MeV . The constraints on the width remain similar with the inclusion of the tested anomalous H V V interactions.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Lab. (LLNL), Livermore, CA (United States); Princeton Univ., NJ (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359; SC0007968
OSTI ID:
1525569
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1493041; OSTI ID: 1600646
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-19-025-CMS; arXiv:1901.00174; CMS-HIG-18-002; CERN-EP-2018-329; PRVDAQ; 112003
Journal Information:
Physical Review D, Journal Name: Physical Review D Vol. 99 Journal Issue: 11; ISSN 2470-0010
Publisher:
American Physical SocietyCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 75 works
Citation information provided by
Web of Science

References (93)

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Measurements of Higgs boson properties in the diphoton decay channel with 36 fb 1 of p p collision data at s = 13 TeV with the ATLAS detector journal September 2018
Inadequacy of zero-width approximation for a light Higgs boson signal journal August 2012
Constraining anomalous H V V interactions at proton and lepton colliders journal February 2014
Limits on the Higgs boson lifetime and width from its decay to four charged leptons journal October 2015
Measurement of the properties of a Higgs boson in the four-lepton final state journal May 2014
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Evidence for the spin-0 nature of the Higgs boson using ATLAS data journal October 2013
Test of CP invariance in vector-boson fusion production of the Higgs boson using the Optimal Observable method in the ditau decay channel with the ATLAS detector journal November 2016
Identification of b-quark jets with the CMS experiment journal April 2013
Two loop correction to interference in gg → ZZ journal August 2016
Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC journal September 2012
Measurements of properties of the Higgs boson decaying into the four-lepton final state in pp collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal November 2017
Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC journal September 2012
A framework for Higgs characterisation journal November 2013
Anomalous Higgs boson couplings in vector boson fusion at the CERN LHC journal November 2006
ROOT — An object oriented data analysis framework journal April 1997
NLO Higgs boson production via vector-boson fusion matched with shower in POWHEG journal February 2010
QCD corrections to vector boson pair production in gluon fusion including interference effects with off-shell Higgs at the LHC journal July 2016
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Higgs production via gluon fusion in the POWHEG approach in the SM and in the MSSM journal February 2012
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Vector-boson pair production and electroweak corrections in   journal August 2014
Testing CP violation in ZZH interactions at the LHC journal September 2010
Bounding the Higgs Width Using Effective Field Theory conference August 2014
Probing CP violation via Higgs boson decays to four leptons journal December 1993
Correlation between decay planes in Higgs-boson decays into a W pair (into a Z pair) journal March 1988
Role of interference in unraveling the Z Z couplings of the newly discovered boson at the LHC journal February 2014
Higgs boson production in association with top quarks in the POWHEG BOX journal May 2015
Erratum: Massive gauge boson pair production at the LHC: A next-to-leading order story [Phys. Rev. D 88 , 113005 (2013)] journal November 2016
Heavy-quark mass effects in Higgs boson production at the LHC journal September 2013
Broken symmetries, massless particles and gauge fields journal September 1964
Constraints on off-shell Higgs boson production and the Higgs boson total width in ZZ → 4ℓ and ZZ → 2ℓ2ν final states with the ATLAS detector journal November 2018
Jet angular correlation in vector-boson fusion processes at hadron colliders journal July 2009
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
Identifying the Higgs spin and parity in decays to Z pairs journal January 2003
A fast track towards the ‘Higgs’ spin and parity journal November 2012
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Scrutinizing the Higgs signal and background in the 2e2μ golden channel journal January 2013
Determining the Structure of Higgs Couplings at the CERN Large Hadron Collider journal January 2002
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Constraining the Higgs boson width with Z Z production at the LHC journal September 2013
Unbiased global determination of parton distributions and their uncertainties at NNLO and at LO journal February 2012
Constraints on the spin-parity and anomalous H V V couplings of the Higgs boson in proton collisions at 7 and 8 TeV journal July 2015
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Constraints on the Higgs boson width from off-shell production and decay to Z-boson pairs journal September 2014
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Spin determination of single-produced resonances at hadron colliders journal April 2010
Geant4—a simulation toolkit
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journal July 2003
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A Model of Leptons journal November 1967
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