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Office of Scientific and Technical Information

Title: 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 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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A search for exotic Higgs boson decays to light pseudoscalars in the final state of two muons and two τ leptons is performed using proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at the LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV in 2016, corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb$$^{-1}$$. Masses of the pseudoscalar boson between 15.0 and 62.5 GeV are probed, and no significant excess of data is observed above the prediction of the standard model. Upper limits are set on the branching fraction of the Higgs boson to two light pseudoscalar bosons in different types of two-Higgs-doublet models extended with a complex scalar singlet.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
Contributing Organization:
The CMS collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1439068
Report Number(s):
FERMILAB-PUB--18-190-CMS; arXiv:1805.04865; CMS-HIG--17-029; CERN-EP--2018-078; 1673011
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Journal Name: Journal of High Energy Physics (Online) Journal Issue: 11 Vol. 2018; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer BerlinCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (51)

Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
Broken symmetries, massless particles and gauge fields journal September 1964
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
Confidence level computation for combining searches with small statistics journal September 1999
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
MCFM for the Tevatron and the LHC journal August 2010
Dispelling the N3 myth for the kt jet-finder journal September 2006
Combined results of searches for the standard model Higgs boson in pp collisions at s=7 TeV journal March 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
Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC journal September 2012
ZZ production at the LHC: Fiducial cross sections and distributions in NNLO QCD journal November 2015
A search for pair production of new light bosons decaying into muons journal January 2016
The Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model journal November 2010
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
NLO vector-boson production matched with shower in POWHEG journal July 2008
Performance of electron reconstruction and selection with the CMS detector in proton-proton collisions at √ s = 8 TeV journal June 2015
Reconstruction and identification of τ lepton decays to hadrons and ντat CMS journal January 2016
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at √s = 7 TeV journal October 2012
Spontaneous Symmetry Breakdown without Massless Bosons journal May 1966
Symmetry Breaking in Non-Abelian Gauge Theories journal March 1967
Search for new light gauge bosons in Higgs boson decays to four-lepton final states in p p collisions at s = 8     TeV with the ATLAS detector at the LHC journal November 2015
Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons journal August 1964
Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons journal October 1964
Global Conservation Laws and Massless Particles journal November 1964
Comparative study of various algorithms for the merging of parton showers and matrix elements in hadronic collisions journal December 2007
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Event generator tunes obtained from underlying event and multiparton scattering measurements journal March 2016
Search for new phenomena in events with at least three photons collected in pp collisions at $$\sqrt{s}$$ s = 8 TeV with the ATLAS detector journal April 2016
Search for the Higgs boson produced in association with a W boson and decaying to four b-quarks via two spin-zero particles in pp collisions at 13 TeV with the ATLAS detector journal November 2016
The Higgs boson in the Standard Model book August 2016
Observation of a new Boson at a mass of 125 gev with the cms Experiment at the lhc conference March 2015
The Next-To-Minimal Supersymmetric Extension of the Standard Model Reviewed journal July 2010
Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC text January 2018
A search for pair production of new light bosons decaying into muons text January 2016
On the Interpretation of χ 2 from Contingency Tables, and the Calculation of P journal January 1922
Search for the Higgs boson produced in association with a $W$ boson and decaying to four $b$-quarks via two spin-zero particles in $pp$ collisions at 13 TeV with the ATLAS detector text January 2016
Search for the Higgs boson produced in association with a $W$ boson and decaying to four $b$-quarks via two spin-zero particles in $pp$ collisions at 13 TeV with the ATLAS detector text January 2016
Matching NLO QCD computations with Parton Shower simulations: the POWHEG method text January 2007
The anti-k_t jet clustering algorithm text January 2008
The Next-to-Minimal Supersymmetric extension of the Standard Model reviewed text January 2009
MCFM for the Tevatron and the LHC text January 2010
Dispelling the N^3 myth for the Kt jet-finder text January 2005
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations text January 2014
$ZZ$ production at the LHC: Fiducial cross sections and distributions in NNLO QCD text January 2015
A search for pair production of new light bosons decaying into muons text January 2016
Event generator tunes obtained from underlying event and multiparton scattering measurements text January 2016
Search for new light gauge bosons in Higgs boson decays to four-lepton final states in pp collisions at √s=8 TeV with the ATLAS detector at the LHC text January 2015