Searches for exclusive Higgs and Z boson decays into a vector quarkonium state and a photon using 139 fb$$^{-1}$$ of ATLAS $$\sqrt{s}=13$$ TeV proton–proton collision data


Aad, G ORCID: 0000-0002-6665-4934, Abbott, B ORCID: 0000-0002-5888-2734, Abbott, DC ORCID: 0000-0002-7248-3203, Abeling, K ORCID: 0000-0002-1002-1652, Abidi, SH ORCID: 0000-0002-8496-9294, Aboulhorma, A ORCID: 0000-0002-9987-2292, Abramowicz, H ORCID: 0000-0001-5329-6640, Abreu, H ORCID: 0000-0002-1599-2896, Abulaiti, Y ORCID: 0000-0003-0403-3697, Hoffman, AC Abusleme ORCID: 0000-0003-0762-7204 et al (show 2909 more authors) (2023) Searches for exclusive Higgs and Z boson decays into a vector quarkonium state and a photon using 139 fb$$^{-1}$$ of ATLAS $$\sqrt{s}=13$$ TeV proton–proton collision data. The European Physical Journal C, 83 (9). 781-.

Access the full-text of this item by clicking on the Open Access link.

Abstract

<jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>Searches for the exclusive decays of Higgs and <jats:italic>Z</jats:italic> bosons into a vector quarkonium state and a photon are performed in the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\mu ^+\mu ^-\,\gamma $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> <mml:mspace /> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> final state with a proton–proton collision data sample corresponding to an integrated luminosity of 139 fb<jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$^{-1}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mrow /> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> collected at <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\sqrt{s}=13$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msqrt> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:msqrt> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> TeV with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. The observed data are compatible with the expected backgrounds. The 95% confidence-level upper limits on the branching fractions of the Higgs boson decays into <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$J/\psi \,\gamma $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>J</mml:mi> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mi>ψ</mml:mi> <mml:mspace /> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\psi (2S)\,\gamma $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>ψ</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> <mml:mspace /> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\Upsilon (1S,2S,3S)\,\gamma $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>Υ</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mi>S</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> <mml:mspace /> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> are found to be <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$2.0\times 10^{-4}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>2.0</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$10.5\times 10^{-4}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>10.5</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$(2.5,4.2,3.4)\times 10^{-4}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>2.5</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>4.2</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>3.4</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, respectively, assuming Standard Model production of the Higgs boson. The corresponding 95% CL upper limits on the branching fractions of the <jats:italic>Z</jats:italic> boson decays are <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$1.2\times 10^{-6}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>1.2</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$2.4\times 10^{-6}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>2.4</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>, and <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$(1.1,1.3,2.4)\times 10^{-6}$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1.1</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>1.3</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>2.4</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>. An observed 95% CL interval of <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$(-133,175)$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>133</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>175</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> is obtained for the <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\kappa _c/\kappa _\gamma $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>κ</mml:mi> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>κ</mml:mi> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> ratio of Higgs boson coupling modifiers, and a 95% CL interval of <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$(-37,40)$$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>37</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>40</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula> is obtained for <jats:inline-formula><jats:alternatives><jats:tex-math>$$\kappa _b/\kappa _\gamma $$</jats:tex-math><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>κ</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>κ</mml:mi> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math></jats:alternatives></jats:inline-formula>.</jats:p>

Item Type: Article
Divisions: Faculty of Science and Engineering > School of Physical Sciences
Depositing User: Symplectic Admin
Date Deposited: 18 Sep 2023 16:36
Last Modified: 18 Mar 2024 03:46
DOI: 10.1140/epjc/s10052-023-11869-1
Open Access URL: https://link.springer.com/article/10.1140/epjc/s10...
Related URLs:
URI: https://livrepository.liverpool.ac.uk/id/eprint/3172857
Dimensions
Altmetric
CORE (COnnecting REpositories)