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
M. Aaboud
,
Z. Barnovska-Blenessy
(1)
,
N. Berger
(1)
,
M. Delmastro
(1)
,
L. Di Ciaccio
(1)
,
S. Elles
(1)
,
K. Grevtsov
(1)
,
T. Guillemin
(1)
,
T. Hryn’ova
(1)
,
S. Jézéquel
(1)
,
I. Koletsou
(1)
,
R. Lafaye
(1)
,
Jérémy Lévêque
(1)
,
P. Mastrandea
(1)
,
G. Sauvage
(1)
,
E. Sauvan
(1)
,
B.H. Smart
(1)
,
T. Todorov
(1)
,
I. Wingerter-Seez
(1)
,
E. Yatsenko
(1)
,
D. Boumediene
(2)
,
E. Busato
(2)
,
D. Calvet
(2)
,
S. Calvet
(2)
,
A.R. Chomont
(2)
,
J. Donini
(2)
,
Ph. Gris
(2)
,
R. Madar
(2)
,
D. Pallin
(2)
,
S.M. Romano Saez
(2)
,
C. Santoni
(2)
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D. Simon
(2)
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F. Vazeille
(2)
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S. Albrand
(3)
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S. Berlendis
(3)
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A. Bethani
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C. Camincher
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J. Collot
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S. Crépé-Renaudin
(3)
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P.A. Delsart
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C. Gabaldon
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M.H. Genest
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P.O.J. Gradin
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J.Y. Hostachy
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F. Ledroit-Guillon
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A. Lleres
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A. Lucotte
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F. Malek
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E. Petit
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J. Stark
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B. Trocmé
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M. Wu
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G. Aad
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M. Alstaty
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M. Barbero
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A. Calandri
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T.P. Calvet
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Y. Coadou
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C. Diaconu
(4)
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Sara Diglio
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F. Djama
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V. Ellajosyula
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L. Feligioni
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J. Gao
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A. Hadef
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G.D. Hallewell
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F. Hubaut
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S.J. Kahn
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E. B. F. G. Knoops
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E. Le Guirriec
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J. Liu
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K. Liu
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D. Madaffari
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E. Monnier
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S. Muanza
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E. Nagy
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P. Pralavorio
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Y. Rodina
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A. Rozanov
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M. Talby
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T. Theveneaux-Pelzer
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R.E. Ticse Torres
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S. Tisserant
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J. Toth
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F. Touchard
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,
L. Vacavant
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Chen Wang
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M.K. Ayoub
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A. Bassalat
(5)
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S. Binet
(2)
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C. Becot
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C. Bourdarios
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J.B. de Vivie De Regie
(5)
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D. Delgove
(5)
,
L. Duflot
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M. Escalier
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L. Fayard
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D. Fournier
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E.L. Gkougkousis
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J.-F. Grivaz
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F. Hariri
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L. Iconomidou-Fayard
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M. Kado
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A. Lounis
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N. Makovec
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N. Morange
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A. Renaud
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G. Rybkin
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D. Rousseau
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A.C. Schaffer
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L. Serin
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E. Scifo
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S. Simion
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R. Tanaka
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D. Zerwas
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Zhongkai Zhang
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Y. Zhao
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G. Rahal
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1
LAPP -
Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
2 LPC - Laboratoire de Physique Corpusculaire - Clermont-Ferrand
3 LPSC - Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie
4 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
5 LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire
6 CC-IN2P3 - Centre de Calcul de l'IN2P3
2 LPC - Laboratoire de Physique Corpusculaire - Clermont-Ferrand
3 LPSC - Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie
4 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
5 LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire
6 CC-IN2P3 - Centre de Calcul de l'IN2P3
M. Aaboud
- Fonction : Auteur
N. Berger
- Fonction : Auteur
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T. Hryn’ova
- Fonction : Auteur
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S. Jézéquel
- Fonction : Auteur
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D. Calvet
- Fonction : Auteur
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S. Crépé-Renaudin
- Fonction : Auteur
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M.H. Genest
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F. Ledroit-Guillon
- Fonction : Auteur
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F. Malek
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B. Trocmé
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G. Aad
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Y. Coadou
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Sara Diglio
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C. Becot
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J.B. de Vivie De Regie
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S. Henrot-Versille
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D. Rousseau
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Résumé
This paper presents a dedicated search for exotic decays of the Higgs boson to a pair of new spin-zero particles, $H \rightarrow aa$, where the particle $a$ decays to $b$-quarks and has a mass in the range of 20-60 GeV. The search is performed in events where the Higgs boson is produced in association with a $W$ boson, giving rise to a signature of a lepton (electron or muon), missing transverse momentum, and multiple jets from $b$-quark decays. The analysis is based on the full dataset of $pp$ collisions at $\sqrt{s} = 13$ TeV recorded in 2015 by the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 3.2 fb$^{-1}$. No significant excess of events above the Standard Model prediction is observed, and a $95\%$ confidence-level upper limit is derived for the product of the production cross section for $pp \rightarrow WH$ times the branching ratio for the decay $H \rightarrow aa \rightarrow 4b$. The upper limit ranges from 6.2 pb for an $a$-boson mass $m_a = 20$ GeV to 1.5 pb for $m_a = 60$ GeV.