Search for dark photons in decays of Higgs bosons produced in association with Z bosons in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV

Author:

,Sirunyan A. M.,Tumasyan A.,Adam W.,Ambrogi F.,Bergauer T.,Brandstetter J.,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.,Brun H.,Clerbaux B.,De Lentdecker G.,Delannoy H.,Dorney B.,Favart L.,Grebenyuk A.,Kalsi A. 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G.,Cavallari F.,Cipriani M.,Del Re D.,Di Marco E.,Diemoz M.,Longo E.,Meridiani P.,Organtini G.,Pandolfi F.,Paramatti R.,Quaranta C.,Rahatlou S.,Rovelli C.,Santanastasio F.,Soffi L.,Amapane N.,Arcidiacono R.,Argiro S.,Arneodo M.,Bartosik N.,Bellan R.,Bellora A.,Biino C.,Cappati A.,Cartiglia N.,Cometti S.,Costa M.,Covarelli R.,Demaria N.,Kiani B.,Mariotti C.,Maselli S.,Migliore E.,Monaco V.,Monteil E.,Monteno M.,Obertino M. M.,Ortona G.,Pacher L.,Pastrone N.,Pelliccioni M.,. Pinna Angioni G. L,Romero A.,Ruspa M.,Salvatico R.,Sola V.,Solano A.,Soldi D.,Staiano A.,Belforte S.,Candelise V.,Casarsa M.,Cossutti F.,Da Rold A.,Della Ricca G.,Vazzoler F.,Zanetti A.,Kim B.,Kim D. H.,Kim G. N.,Lee J.,Lee S. W.,Moon C. S.,Oh Y. D.,Pak S. I.,Sekmen S.,Son D. C.,Yang Y. C.,Kim H.,Moon D. H.,Oh G.,Francois B.,Kim T. J.,Park J.,Cho S.,Choi S.,Go Y.,Gyun D.,Ha S.,Hong B.,Lee K.,Lee K. S.,Lim J.,Park J.,Park S. K.,Roh Y.,Yoo J.,Goh J.,Kim H. S.,Almond J.,Bhyun J. 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.,Yu G. B.,Jeon D.,Kim H.,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.,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. 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Abstract

Abstract A search is presented for a Higgs boson that is produced in association with a Z boson and that decays to an undetected particle together with an isolated photon. The search is performed by the CMS Collaboration at the Large Hadron Collider using a data set corresponding to an integrated luminosity of 137 fb 1 recorded at a center-of-mass energy of 13 TeV. No significant excess of events above the expectation from the standard model background is found. The results are interpreted in the context of a theoretical model in which the undetected particle is a massless dark photon. An upper limit is set on the product of the cross section for associated Higgs and Z boson production and the branching fraction for such a Higgs boson decay, as a function of the Higgs boson mass. For a mass of 125 GeV, assuming the standard model production cross section, this corresponds to an observed (expected) upper limit on this branching fraction of 4.6 (3.6)% at 95% confidence level. These are the first limits on Higgs boson decays to final states that include an undetected massless dark photon.

Publisher

Springer Science and Business Media LLC

Subject

Nuclear and High Energy Physics

Reference64 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].

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3. CMS collaboration, Observation of a new boson with mass near 125 GeV in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 7 and 8 TeV, JHEP06 (2013) 081 [arXiv:1303.4571] [INSPIRE].

4. D. Ghosh et al., Looking for an invisible Higgs signal at the LHC, Phys. Lett.B 725 (2013) 344 [arXiv:1211.7015] [INSPIRE].

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