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Office of Scientific and Technical Information

Title: Measurement of inclusive and differential Higgs boson production cross sections in the diphoton decay channel in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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Measurements of the inclusive and differential production cross sections for the Higgs boson in the diphoton decay channel are performed using the data set of proton-proton collisions at $$\sqrt{s}=$$ 13 TeV collected by the CMS experiment at the LHC in 2016 and corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb$$^{-1}$$. The cross sections are measured in a fiducial phase space defined by a set of requirements on the isolation and kinematic variables of the photons. Differential cross sections are measured as functions of the kinematic properties of the diphoton system and the event. A subset of the measurements is performed in subregions of the fiducial phase space, where relative contributions of specific Higgs boson production mechanisms are enhanced. The total cross section in the chosen fiducial phase space is measured to be 84 $$\pm$$ 11 (stat) $$\pm$$ 7 (syst) fb = 84 $$\pm$$ 13 fb, to be compared with a theoretical prediction of 73 $$\pm$$ 4 fb. Furthermore, all measurements are found to be in agreement with the theoretical predictions for the standard model Higgs boson with a mass of 125.09 GeV within the experimental and theoretical uncertainties.

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:
1462096
Report Number(s):
CERN-EP--2018-166; CMS-HIG--17-025; FERMILAB-PUB--18-342-CMS; arXiv:1807.03825; 1681748
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Journal Name: Journal of High Energy Physics (Online) Journal Issue: 1 Vol. 2019; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer BerlinCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (45)

Higgs production via gluon fusion in the POWHEG approach in the SM and in the MSSM journal February 2012
Three-jet production in POWHEG journal April 2014
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
MINLO: multi-scale improved NLO journal October 2012
NNLOPS simulation of Higgs boson production journal October 2013
Merging meets matching in MC@NLO journal December 2012
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
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
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
Fiducial and differential cross sections of Higgs boson production measured in the four-lepton decay channel in pp collisions at s = 8   TeV with the ATLAS detector journal November 2014
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
Event generation with SHERPA 1.1 journal February 2009
NLO Higgs boson production via gluon fusion matched with shower in POWHEG journal April 2009
Handling uncertainties in background shapes: the discrete profiling method journal April 2015
Performance of electron reconstruction and selection with the CMS detector in proton-proton collisions at √ s = 8 TeV journal June 2015
Performance of photon reconstruction and identification with the CMS detector in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$= 8 TeV journal August 2015
Identification of b-quark jets with the CMS experiment journal April 2013
Energy calibration and resolution of the CMS electromagnetic calorimeter in pp collisions at √s= 7 TeV journal September 2013
Angular distribution of dileptons in high-energy hadron collisions journal October 1977
Probing color-singlet exchange in Z + 2 -jet events at the CERN LHC journal December 1996
Impact of parton distribution function and α s uncertainties on Higgs boson production in gluon fusion at hadron colliders journal July 2010
Combined Measurement of the Higgs Boson Mass in p p Collisions at s = 7 and 8 TeV with the ATLAS and CMS Experiments journal May 2015
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Tuning PYTHIA 8.1: the Monash 2013 tune journal August 2014
Observation of the diphoton decay of the Higgs boson and measurement of its properties journal October 2014
An unbiased Hessian representation for Monte Carlo PDFs journal August 2015
Measurement of differential cross sections for Higgs boson production in the diphoton decay channel in pp collisions at $$\sqrt{s}=8\,\text {TeV} $$ s = 8 TeV journal January 2016
Observation of a new Boson at a mass of 125 gev with the cms Experiment at the lhc conference March 2015
Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC text January 2018
Observation of the diphoton decay of the Higgs boson and measurement of its properties text January 2014
Matching NLO QCD computations with Parton Shower simulations: the POWHEG method text January 2007
NLO Higgs boson production via gluon fusion matched with shower in POWHEG text January 2008
Higgs production via gluon fusion in the POWHEG approach in the SM and in the MSSM text January 2011
MINLO: Multi-scale improved NLO text January 2012
Merging meets matching in MC@NLO text January 2012
NNLOPS simulation of Higgs boson production text January 2013
An Unbiased Hessian Representation for Monte Carlo PDFs text January 2015
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations text January 2014
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