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Title: Inclusive Search for a Highly Boosted Higgs Boson Decaying to a Bottom Quark-Antiquark Pair

An inclusive search for the standard model Higgs boson ($$\mathrm{H}$$) produced with large transverse momentum ($$p_\mathrm{T}$$) and decaying to a bottom quark-antiquark pair ($$\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}$$) is performed using a data set of pp collisions at $$\sqrt{s}=$$ 13 TeV collected with the CMS experiment at the LHC. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 35.9 fb$$^{-1}$$. A highly Lorentz-boosted Higgs boson decaying to $$\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}$$ is reconstructed as a single, large radius jet and is identified using jet substructure and dedicated $$\mathrm{b}$$ tagging techniques. The method is validated with $$\mathrm{Z}\to\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}$$ decays. The $$\mathrm{Z}\to\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}$$ process is observed for the first time in the single-jet topology with a local significance of 5.1 standard deviations (5.8 expected). For a Higgs boson mass of 125 GeV, an excess of events above the expected background is observed (expected) with a local significance of 1.5 (0.7) standard deviations. The measured cross section times branching fraction for production via gluon fusion of $$\mathrm{H} \rightarrow \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}$$ with $$p_\mathrm{T}>$$450 GeV and in the pseudorapidity range $-$2.5 $$< \eta <$$ 2.5 is 74$$\pm$$48 (stat) $$_{-10}^{+17}$$ (syst) fb, which is consistent within uncertainties with the standard model prediction.
Authors:
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Publication Date:
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-17-416-CMS; CMS-HIG-17-010; CERN-EP-2017-207; arXiv:1709.05543
Journal ID: ISSN 0031-9007; 1624166
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
Type:
Accepted Manuscript
Journal Name:
Physical Review Letters
Additional Journal Information:
Journal Volume: 120; Journal Issue: 7; Journal ID: ISSN 0031-9007
Publisher:
American Physical Society (APS)
Research Org:
Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Lab. (LLNL), Livermore, CA (United States)
Sponsoring Org:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
Contributing Orgs:
CMS Collaboration
Country of Publication:
United States
Language:
English
Subject:
72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS
OSTI Identifier:
1398800