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Search for an exotic decay of the Higgs boson into a Z boson and a pseudoscalar particle in proton-proton collisions at s =13 TeV

Journal Article · · Phys.Lett.B
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  145. NCBJ, Swierk
  146. Warsaw U.
  147. Warsaw U. of Tech.
  148. LIP, Lisbon
  149. Belgrade U.
  150. Madrid, CIEMAT
  151. Madrid, Autonoma U.
  152. Oviedo U.
  153. Cantabria Inst. of Phys.
  154. Colombo U.
  155. Ruhuna U.
  156. CERN; INFN, Pavia
  157. CERN; Athens U.
  158. PSI, Villigen; Zurich U.
  159. PSI, Villigen
  160. Zurich, ETH
  161. Zurich U.; Stefan Meyer Inst. Subatomare Phys.
  162. Zurich U.
  163. Taiwan, Natl. Central U.; Annecy, LAPP
  164. Taiwan, Natl. Central U.
  165. Taiwan, Natl. Central U.; Bangalore, Indian Inst. Sci.
  166. Taiwan, Natl. Taiwan U.
  167. Chulalongkorn U.
  168. Cukurova U.
  169. Cukurova U.; Adiyaman U.
  170. Middle East Tech. U., Ankara; Necmettin Erbakan U., Konya
  171. Middle East Tech. U., Ankara
  172. Bogazici U.
  173. Bogazici U.; Marmara U.
  174. Bogazici U.; Kafkas U.
  175. Istanbul Tech. U.
  176. Istanbul Tech. U.; Hacettepe U.
  177. Istanbul U.
  178. Istanbul U.; Adiyaman U.
  179. Istanbul U.; Yildiz Tech. U.
  180. Inst. Scintill. Mat., Kharkiv
  181. Kharkov, KIPT
  182. Bristol U.
  183. Bristol U.; Vrije U., Brussels
  184. Rutherford
  185. Rutherford; Southampton U.
  186. Rutherford; Bristol U.
  187. Imperial Coll., London
  188. Imperial Coll., London; Monash U.
  189. Imperial Coll., London; CERN
  190. Brunel U.
  191. Baylor U.
  192. Baylor U.; Unlisted
  193. Catholic U. America
  194. Alabama U.
  195. Boston U.
  196. Brown U.
  197. Brown U.; Aachen, Tech. Hochsch.
  198. Brown U.; Bethel Coll.
  199. Brown U.; Karamanoglu Mehmetbey U., Karaman
  200. UC, Davis
  201. UCLA
  202. UC, Riverside
  203. UC, San Diego
  204. UC, Santa Barbara
  205. Caltech
  206. Carnegie Mellon U.
  207. Colorado U.
  208. Cornell U.
  209. Fermilab; Caltech
  210. Fermilab; Naval Academy, Annapolis
  211. Florida U.
  212. Florida State U.
  213. Florida Inst. Tech.
  214. Florida Inst. Tech.; Ain Shams U., Cairo
  215. Illinois U., Chicago
  216. Iowa U.
  217. Iowa U.; Bingöl U.
  218. Iowa U.; GTU, Tbilisi
  219. Iowa U.; Sinop U.
  220. Johns Hopkins U.
  221. Kansas U.
  222. Kansas U.; Bucharest, IFIN-HH
  223. Kansas State U.
  224. LLNL, Livermore
  225. Maryland U.
  226. MIT
  227. Minnesota U.
  228. Mississippi U.
  229. Nebraska U.
  230. SUNY, Buffalo
  231. Northeastern U.
  232. Northwestern U.
  233. Notre Dame U.
  234. Notre Dame U.; Unlisted
  235. Ohio State U.
  236. Princeton U.
  237. Puerto Rico U., Mayaguez
  238. Purdue U.
  239. Purdue U., Calumet
  240. Rice U.
  241. Rochester U.
  242. Rochester U.; Unlisted
  243. Rockefeller U.
  244. Rutgers U., Piscataway
  245. Rutgers U., Piscataway; Brandenburg Tech. U.
  246. Tennessee U.
  247. Texas A-M
  248. Texas A-M; Texas A&M U. Qatar, Doha
  249. Texas A-M; CHEP, Taegu
  250. Texas Tech.
  251. Vanderbilt U.
  252. Virginia U.
  253. Wayne State U.
  254. Wisconsin U., Madison
  255. Unlisted
  256. Unlisted; Antwerp U.
  257. Unlisted; Caltech
  258. Unlisted; Yerevan Phys. Inst.
  259. Unlisted; Northeastern U.
  260. Unlisted; Imperial Coll., London; Yerevan Phys. Inst.
  261. Unlisted; Tashkent, IYF
+ Show Author Affiliations

A search for an exotic decay of the Higgs boson to a Z boson and a light pseudoscalar particle (a), decaying to a pair of leptons and a pair of photons, respectively, is presented. The search is based on proton-proton collision data at a center-of-mass energy of s =13TeV , collected with the CMS detector at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1 . The analysis probes pseudoscalar masses ma between 1 and 30 GeV, leading to two pairs of well-isolated leptons and photons. Upper limits at 95% confidence level are set on the Higgs boson production cross section times its branching fraction to two leptons and two photons. The observed (expected) limits are in the range of 1.1–17.8 (1.7–17.9)fb within the probed ma interval. An excess of data above the expected standard model background with a local (global) significance of 2.6 (1.3) standard deviations is observed for a mass hypothesis of ma =3GeV . Limits on models involving axion-like particles, formulated as an effective field theory, are also reported.

Research Organization:
Erzincan U.; Cantabria Inst. of Phys.; Marmara U.; Imperial Coll., London; Charles U.; Rio de Janeiro State U.; Cornell U.; Riga Tech. U.; INFN, Bari; Quito, Escuela Politecnica Natl.; Maryland U.; Northeastern U.; INFN, Perugia; Beihang U.; Vienna, OAW; Tsinghua U., Beijing; Hanyang U.; Hacettepe U.; Antioquia U.; Brunel U.; Florida State U.; Unlisted; Athens U.; Delhi U.; Carnegie Mellon U.; Texas A-M; Istanbul Tech. U.; Pisa U.; Colombo U.; U. Debrecen, Inst. Phys.; Nebraska U.; SYSU, Guangzhou; NICPB, Tallinn; EKU KRC, Gyongyos; Bristol U.; Wayne State U.; Conacyt, Mexico; Indian Inst. Tech., Madras; IISER, Pune; Purdue U.; Tennessee U.; Southampton U.; Cukurova U.; Budapest, RMKI; Brussels U.; Warsaw U.; Ain Shams U., Cairo; GTU, Tbilisi; Lappeenranta U. Tech.; Ecole Polytechnique; Istanbul U.; Johns Hopkins U.; Andes U., Bogota; Cairo, Acad. Sci. Res. Tech.; Colorado U.; INFN, Florence; Ruhuna U.; Malaya U.; Puebla U., Inst. Fis.; Warsaw U. of Tech.; Naval Academy, Annapolis; TIFR, Mumbai, DHEP; Illinois U., Chicago; Vanderbilt U.; Princeton U.; Texas A&M U. Qatar, Doha; LIP, Lisbon; Fudan U.; KIT, Karlsruhe, EKP; Helsinki U.; Strasbourg, IPHC; Kyung Hee U.; Tarapaca U.; Zurich, ETH; INFN, Bologna; Pisa, Scuola Normale Superiore; Notre Dame U.; Belgrade U.; Peking U.; SUNY, Buffalo; TU Vienna; Brandenburg Tech. U.; Madrid, CIEMAT; Democritos Nucl. Res. Ctr.; CHEP, Taegu; Bhubaneswar, Inst. Phys.; Caltech; INFN, Naples; Chonnam Natl. U.; Split Tech. U.; Sinop U.; INFN, Trieste; Gent U.; Purdue U., Calumet; Aachen, Tech. Hochsch.; Canterbury U.; Annecy, LAPP; NCBJ, Swierk; Ohio State U.; Texas Tech.; INFN, Pisa; Northwestern U.; CINVESTAV, IPN; Boston U.; Rio de Janeiro, CBPF; Haute Alsace U.; INFN, Genoa; Quaid-i-Azam U.; Kharkov, KIPT; Bhubaneswar, NISER; Eotvos U.; Rutgers U., Piscataway; British U. in Egypt; Indian Inst. Tech., Bhubaneswar; Taiwan, Natl. Central U.; Baylor U.; Helwan U.; Nanjing Normal U.; Panjab U.; Florida Inst. Tech.; UC, San Diego; Minnesota U.; INFN, Catania; Split U.; Cairo U.; University Coll., Dublin; Sungkyunkwan U.; Rio Grande do Sul U.; Bangalore, Indian Inst. Sci.; Zhejiang U.; Korea U.; Sejong U.; Seoul Natl. U.; IPM, Tehran; Seoul U.; Alabama U.; Stefan Meyer Inst. Subatomare Phys.; Rockefeller U.; Louvain U.; Florida U.; Sofiya U.; Sharif U. of Tech.; IP2I, Lyon; Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Helsinki Inst. of Phys.; Bari U.; Wisconsin U., Madison; IRFU, Saclay; INFN, Pavia; UCAS, Beijing; Yonsei U.; Naples U.; Visva Bharati U.; Vilnius U.; Brown U.; Isfahan Tech. U.; Bogazici U.; Kansas U.; UCLA; Sonora U.; Kafkas U.; Antwerp U.; Fayoum U.; MIT; Adiyaman U.; U. Campinas; Saha Inst.; UC, Davis; Montenegro U.; Zurich U.; Bingöl U.; Ioannina U.; AUM, Kuwait; DESY; Guglielmo Marconi U.; Sofiya, Inst. Nucl. Res.; Beijing, Inst. High Energy Phys.; Rutherford; Iowa U.; Iberoamericana U.; San Francisco de Quito U.; Karamanoglu Mehmetbey U., Karaman; UC, Riverside; Bucharest, IFIN-HH; Puerto Rico U., Mayaguez; INFN, Rome; Debrecen, Inst. Nucl. Res.; Mississippi U.; CERN; Virginia U.; INFN, Milan Bicocca; Necmettin Erbakan U., Konya; INFN, Padua; Frascati; AGH-UST, Cracow; Oviedo U.; Chulalongkorn U.; Yerevan Phys. Inst.; Natl. Tech. U., Athens; Inst. Scintill. Mat., Kharkiv; Turin U.; Cyprus U.; Vrije U., Brussels; INFN, Turin; Taiwan, Natl. Taiwan U.; UC, Santa Barbara; PSI, Villigen; Yildiz Tech. U.; Suez Canal U.; Middle East Tech. U., Ankara; Madrid, Autonoma U.; Monash U.; Tashkent, IYF; Rochester U.; Catholic U. America; Kansas State U.; Boskovic Inst., Zagreb; Hamburg U.; Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States); IAS, Julich; Bethel Coll.; Rice U.
Sponsoring Organization:
US Department of Energy
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359; 89243024CSC000002
OSTI ID:
2212409
Report Number(s):
CMS-HIG-22-003; CERN-EP-2023-223; FERMILAB-PUB-23-682-CMS; oai:inspirehep.net:2716400; arXiv:2311.00130
Journal Information:
Phys.Lett.B, Journal Name: Phys.Lett.B Vol. 852
Country of Publication:
United States
Language:
English

Figures / Tables (10)

Fig. 1(p. 2)figure Fig. 1
Fig. 2(p. 4)figure Fig. 2
Fig. 3(p. 5)figure Fig. 3
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Fig. 4(p. 6)figure Fig. 4
Fig. 5(p. 6)figure Fig. 5
Fig. 6(p. 7)figure Fig. 6
Fig. 7(p. 8)figure Fig. 7
Fig. 8(p. 8)figure Fig. 8
Table 2(p. 8)table Table 2

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