A search for the standard model Higgs boson decaying to charm quarks

Author:

,Sirunyan A. M.,Tumasyan A.,Adam W.,Ambrogi F.,Bergauer T.,Dragicevic M.,Erö J.,Escalante Del Valle A.,Flechl M.,Frühwirth R.,Jeitler M.,Krammer N.,Krätschmer I.,Liko D.,Madlener T.,Mikulec I.,Rad N.,Schieck J.,Schöfbeck R.,Spanring M.,Spitzbart D.,Waltenberger W.,Wulz C.-E.,Zarucki M.,Drugakov V.,Mossolov V.,Suarez Gonzalez J.,Darwish M. R.,De Wolf E. A.,Di Croce D.,Janssen X.,Lelek A.,Pieters M.,Rejeb Sfar H.,Van Haevermaet H.,Van Mechelen P.,Van Putte S.,Van Remortel N.,Blekman F.,Bols E. S.,Chhibra S. S.,D’Hondt J.,De Clercq J.,Lontkovskyi D.,Lowette S.,Marchesini I.,Moortgat S.,Python Q.,Skovpen K.,Tavernier S.,Van Doninck W.,Van Mulders P.,Beghin D.,Bilin B.,Clerbaux B.,De Lentdecker G.,Delannoy H.,Dorney B.,Favart L.,Grebenyuk A.,Kalsi A. K.,Popov A.,Postiau N.,Starling E.,Thomas L.,Vander Velde C.,Vanlaer P.,Vannerom D.,Cornelis T.,Dobur D.,Khvastunov I.,Niedziela M.,Roskas C.,Tytgat M.,Verbeke W.,Vermassen B.,Vit M.,Bondu O.,Bruno G.,Caputo C.,David P.,Delaere C.,Delcourt M.,Giammanco A.,Lemaitre V.,Prisciandaro J.,Saggio A.,Vidal Marono M.,Vischia P.,Zobec J.,Alves F. L.,Alves G. A.,Correia Silva G.,Hensel C.,Moraes A.,Rebello Teles P.,Belchior Batista Das Chagas E.,Carvalho W.,Chinellato J.,Coelho E.,Da Costa E. M.,Da Silveira G. G.,De Jesus Damiao D.,De Oliveira Martins C.,Fonseca De Souza S.,Huertas Guativa L. M.,Malbouisson H.,Martins J.,Matos Figueiredo D.,Medina Jaime M.,Melo De Almeida M.,Mora Herrera C.,Mundim L.,Nogima H.,Prado Da Silva W. L.,Sanchez Rosas L. J.,Santoro A.,Sznajder A.,Thiel M.,Tonelli Manganote E. J.,Torres Da Silva De Araujo F.,Vilela Pereira A.,Bernardes C. A.,Calligaris L.,Fernandez Perez Tomei T. R.,Gregores E. M.,Lemos D. S.,Mercadante P. G.,Novaes S. 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M.,Fabbri F.,Fanfani A.,Fontanesi E.,Giacomelli P.,Grandi C.,Guiducci L.,Iemmi F.,Lo Meo S.,Marcellini S.,Masetti G.,Navarria F. L.,Perrotta A.,Primavera F.,Rossi A. M.,Rovelli T.,Siroli G. P.,Tosi N.,Albergo S.,Costa S.,Di Mattia A.,Potenza R.,Tricomi A.,Tuve C.,Barbagli G.,Cassese A.,Ceccarelli R.,Ciulli V.,Civinini C.,D’Alessandro R.,Fiori F.,Focardi E.,Latino G.,Lenzi P.,Meschini M.,Paoletti S.,Sguazzoni G.,Viliani L.,Benussi L.,Bianco S.,Piccolo D.,Bozzo M.,Ferro F.,Mulargia R.,Robutti E.,Tosi S.,Benaglia A.,Beschi A.,Brivio F.,Ciriolo V.,Dinardo M. E.,Dini P.,Gennai S.,Ghezzi A.,Govoni P.,Guzzi L.,Malberti M.,Malvezzi S.,Menasce D.,Monti F.,Moroni L.,Paganoni M.,Pedrini D.,Ragazzi S.,Tabarelli de Fatis T.,Valsecchi D.,Zuolo D.,Buontempo S.,Cavallo N.,De Iorio A.,Di Crescenzo A.,Fabozzi F.,Fienga F.,Galati G.,Iorio A. O. 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H.,Choi J.,Jeon S.,Kim J.,Kim J. S.,Lee H.,Lee K.,Lee S.,Nam K.,Oh M.,Oh S. B.,Radburn-Smith B. C.,Yang U. K.,Yoo H. D.,Yoon I.,Jeon D.,Kim J. H.,Lee J. S. H.,Park I. C.,Watson I. J,Choi Y.,Hwang C.,Jeong Y.,Lee J.,Lee Y.,Yu I.,Veckalns V.,Dudenas V.,Juodagalvis A.,Rinkevicius A.,Tamulaitis G.,Vaitkus J.,Ibrahim Z. A.,Mohamad Idris F.,Wan Abdullah W. A. T.,Yusli M. N.,Zolkapli Z.,Benitez J. F.,Castaneda Hernandez A.,Murillo Quijada J. A.,Valencia Palomo L.,Castilla-Valdez H.,De La Cruz-Burelo E.,Heredia-De La Cruz I.,Lopez-Fernandez R.,Sanchez-Hernandez A.,Carrillo Moreno S.,Oropeza Barrera C.,Ramirez-Garcia M.,Vazquez Valencia F.,Eysermans J.,Pedraza I.,Salazar Ibarguen H. A.,Uribe Estrada C.,Morelos Pineda A.,Mijuskovic J.,Raicevic N.,Krofcheck D.,Bheesette S.,Butler P. H.,Ahmad A.,Ahmad M.,Hassan Q.,Hoorani H. R.,Khan W. A.,Shah M. A.,Shoaib M.,Waqas M.,Avati V.,Grzanka L.,Malawski M.,Bialkowska H.,Bluj M.,Boimska B.,Górski M.,Kazana M.,Szleper M.,Zalewski P.,Bunkowski K.,Byszuk A.,Doroba K.,Kalinowski A.,Konecki M.,Krolikowski J.,Olszewski M.,Walczak M.,Araujo M.,Bargassa P.,Bastos D.,Di Francesco A.,Faccioli P.,Galinhas B.,Gallinaro M.,Hollar J.,Leonardo N.,Niknejad T.,Seixas J.,Shchelina K.,Strong G.,Toldaiev O.,Varela J.,Afanasiev S.,Bunin P.,Gavrilenko M.,Golutvin I.,Gorbunov I.,Kamenev A.,Karjavine V.,Lanev A.,Malakhov A.,Matveev V.,Moisenz P.,Palichik V.,Perelygin V.,Savina M.,Shmatov S.,Shulha S.,Skatchkov N.,Smirnov V.,Voytishin N.,Zarubin A.,Chtchipounov L.,Golovtcov V.,Ivanov Y.,Kim V.,Kuznetsova E.,Levchenko P.,Murzin V.,Oreshkin V.,Smirnov I.,Sosnov D.,Sulimov V.,Uvarov L.,Vorobyev A.,Andreev Yu.,Dermenev A.,Gninenko S.,Golubev N.,Karneyeu A.,Kirsanov M.,Krasnikov N.,Pashenkov A.,Tlisov D.,Toropin A.,Epshteyn V.,Gavrilov V.,Lychkovskaya N.,Nikitenko A.,Popov V.,Pozdnyakov I.,Safronov G.,Spiridonov A.,Stepennov A.,Toms M.,Vlasov E.,Zhokin A.,Aushev T.,Bychkova O.,Chistov R.,Danilov M.,Polikarpov S.,Tarkovskii E.,Andreev V.,Azarkin M.,Dremin I.,Kirakosyan M.,Terkulov A.,Baskakov A.,Belyaev A.,Boos E.,Bunichev V.,Dubinin M.,Dudko L.,Klyukhin V.,Kodolova O.,Lokhtin I.,Obraztsov S.,Perfilov M.,Petrushanko S.,Savrin V.,Barnyakov A.,Blinov V.,Dimova T.,Kardapoltsev L.,Skovpen Y.,Azhgirey I.,Bayshev I.,Bitioukov S.,Kachanov V.,Konstantinov D.,Mandrik P.,Petrov V.,Ryutin R.,Slabospitskii S.,Sobol A.,Troshin S.,Tyurin N.,Uzunian A.,Volkov A.,Babaev A.,Iuzhakov A.,Okhotnikov V.,Borchsh V.,Ivanchenko V.,Tcherniaev E.,Adzic P.,Cirkovic P.,Dordevic M.,Milenovic P.,Milosevic J.,Stojanovic M.,Aguilar-Benitez M.,Alcaraz Maestre J.,Álvarez Fernández A.,Bachiller I.,Barrio Luna M.,Bedoya CristinaF.,Brochero Cifuentes J. 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Abstract

Abstract A direct search for the standard model Higgs boson, H, produced in association with a vector boson, V (W or Z), and decaying to a charm quark pair is presented. The search uses a data set of proton-proton collisions corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb1, collected by the CMS experiment at the LHC in 2016, at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The search is carried out in mutually exclusive channels targeting specific decays of the vector bosons: W → ℓν, Z → ℓℓ, and Z → νν, where ℓ is an electron or a muon. To fully exploit the topology of the H boson decay, two strategies are followed. In the first one, targeting lower vector boson transverse momentum, the H boson candidate is reconstructed via two resolved jets arising from the two charm quarks from the H boson decay. A second strategy identifies the case where the two charm quark jets from the H boson decay merge to form a single jet, which generally only occurs when the vector boson has higher transverse momentum. Both strategies make use of novel methods for charm jet identification, while jet substructure techniques are also exploited to suppress the background in the merged-jet topology. The two analyses are combined to yield a 95% confidence level observed (expected) upper limit on the cross section $$ \sigma \left(\mathrm{VH}\right)\mathrm{\mathcal{B}}\left(\mathrm{H}\to \mathrm{c}\overline{\mathrm{c}}\right) $$ σ VH H c c ¯ of 4.5 $$ \left({2.4}_{-0.7}^{+1.0}\right) $$ 2.4 0.7 + 1.0 pb, corresponding to 70 (37) times the standard model prediction.

Publisher

Springer Science and Business Media LLC

Subject

Nuclear and High Energy Physics

Reference99 articles.

1. ATLAS collaboration, Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC, Phys. Lett. B 716 (2012) 1 [arXiv:1207.7214] [INSPIRE].

2. CMS collaboration, Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC, Phys. Lett. B 716 (2012) 30 [arXiv:1207.7235] [INSPIRE].

3. CMS collaboration, Observation of a new boson with mass near 125 GeV in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 7 and 8 TeV, JHEP 06 (2013) 081 [arXiv:1303.4571] [INSPIRE].

4. F. Englert and R. Brout, Broken symmetry and the mass of gauge vector mesons, Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 321 [INSPIRE].

5. P.W. Higgs, Broken symmetries and the masses of gauge bosons, Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 508 [INSPIRE].

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