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U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Search for Higgs boson decays into a pair of pseudoscalar particles in the $bbμμ$ final state with the ATLAS detector in pp collisions at $$\sqrt{s} =$$ 13 TeV

Journal Article · · Physical Review. D.
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This paper presents a search for decays of the Higgs boson with a mass of 125 GeV into a pair of new pseudoscalar particles, $H→aa$, where one a-boson decays into a b-quark pair and the other into a muon pair. The search uses 139 fb-1 of proton-proton collision data at a center-of-mass energy of $$\sqrt{s} =$$ 13 TeV recorded between 2015 and 2018 by the ATLAS experiment at the LHC. A narrow dimuon resonance is searched for in the invariant mass spectrum between 16 GeV and 62 GeV. The largest excess of events above the Standard Model backgrounds is observed at a dimuon invariant mass of 52 GeV and corresponds to a local (global) significance of 3.3σ (1.7σ). Upper limits at 95% confidence level are placed on the branching ratio of the Higgs boson to the $bbμμ$ final state, $B(H→aa→bbμμ)$, and are in the range 0.2-4.0×10-4, depending on the signal mass hypothesis.
Research Organization:
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), Basic Energy Sciences (BES); USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231; AC02-76SF00515
OSTI ID:
1856226
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1862333
Journal Information:
Physical Review. D., Journal Name: Physical Review. D. Journal Issue: 1 Vol. 105; ISSN 2470-0010
Publisher:
American Physical Society (APS)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (106)

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QCD matrix elements + parton showers. The NLO case journal April 2013
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
Merging H/W/Z + 0 and 1 jet at NLO with no merging scale: a path to parton shower + NNLO matching journal May 2013
Finite quark-mass effects in the NNLOPS POWHEG+MiNLO Higgs generator journal May 2015
High precision determination of the gluon fusion Higgs boson cross-section at the LHC journal May 2016
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Uncovering light scalars with exotic Higgs decays to b b ¯ μ + μ − $$ b\overline{b}{\mu}^{+}{\mu}^{-} $$ journal June 2015
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NLO Higgs boson production plus one and two jets using the POWHEG BOX, MadGraph4 and MCFM journal July 2012
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Hidden Higgs portal vector dark matter for the Galactic center gamma-ray excess from the two-step cascade annihilation, and muon g − 2 journal August 2018
Search for a light pseudoscalar Higgs boson in the boosted μμττ final state in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV journal August 2020
A critical appraisal of NLO+PS matching methods journal September 2012
Measurement of the Z/γ * boson transverse momentum distribution in pp collisions at s = 7 $$ \sqrt{s}=7 $$ TeV with the ATLAS detector journal September 2014
MINLO: multi-scale improved NLO journal October 2012
Search for light bosons in decays of the 125 GeV Higgs boson in proton-proton collisions at s = 8 $$ \sqrt{s}=8 $$ TeV journal October 2017
Search for the Higgs boson produced in association with a vector boson and decaying into two spin-zero particles in the H → aa → 4b channel in pp collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV with the ATLAS detector journal October 2018
Searches for low-mass dimuon resonances journal October 2020
Search for an exotic decay of the Higgs boson to a pair of light pseudoscalars in the final state of two muons and two τ leptons in proton-proton collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal November 2018
Search for resonances in the mass spectrum of muon pairs produced in association with b quark jets in proton-proton collisions at s = 8 $$ \sqrt{s}=8 $$ and 13 TeV journal November 2018
Discovering uncolored naturalness in exotic Higgs decays journal December 2015
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Confidence level computation for combining searches with small statistics journal September 1999
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An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
A likelihood-based reconstruction algorithm for top-quark pairs and the KLFitter framework
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Secluded WIMP dark matter journal April 2008
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Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC journal September 2012
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Search for Higgs boson decays into pairs of light (pseudo)scalar particles in the γγjj final state in pp collisions at s = 13 TeV with the ATLAS detector journal July 2018
Search for an exotic decay of the Higgs boson to a pair of light pseudoscalars in the final state with two b quarks and two τ leptons in proton–proton collisions at s = 13 TeV journal October 2018
Search for Higgs boson decays into a pair of light bosons in the bbμμ final state in pp collision at s = 13 TeV with the ATLAS detector journal March 2019
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A search for pair production of new light bosons decaying into muons in proton-proton collisions at 13  TeV journal September 2019
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A positive-weight next-to-leading-order Monte Carlo for heavy flavour hadroproduction journal September 2007
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
A parton shower algorithm based on Catani-Seymour dipole factorisation journal March 2008
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