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Observation of Z decays to four leptons with the CMS detector at the LHC

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CMS Collaboration [--] Quertenmont, Loic [UCL] Basegmez, Suzan [UCL] Bruno, Giacomo [UCL] Castello, Roberto [UCL] Ceard, Ludivine [UCL] Delaere, Christophe [UCL] Du Pree, Tristan [UCL] Favart, Denis [UCL] Forthomme, Laurent [UCL] Giammanco, Andrea [UCL] Hollar, Jonathan [UCL] Lemaitre, Vincent [UCL] Liao, Junhui [UCL] Militaru, Otilia [UCL] Nuttens, Claude [UCL] Pagano, Davide [UCL] Pin, Arnaud [UCL] Piotrzkowski, Krzysztof [UCL] Schul, Nicolas [UCL] Vizan Garcia, Jesús Manuel [UCL]

The first observation of the Z boson decaying to four leptons in proton-proton collisions is presented. The analyzed data set corresponds to an integrated luminosity of 5.02 fb−1 at s√=7 TeV collected by the CMS detector at the Large Hadron Collider. A pronounced resonance peak, with a statistical significance of 9.7 σ, is observed in the distribution of the invariant mass of four leptons (electrons and/or muons) with mass and width consistent with expectations for Z boson decays. The branching fraction and cross section reported here are defined by phase space restrictions on the leptons, namely, 80 < m 4ℓ < 100 GeV, where m 4ℓ is the invariant mass of the four leptons, and m ℓℓ > 4 GeV for all pairs of leptons, where m ℓℓ is the two-lepton invariant mass. The measured branching fraction is B(Z→4ℓ)=(4.2+0.9−0.8(stat.)±0.2(syst.))×10−6 and agrees with the standard model prediction of 4.45 × 10−6. The measured cross section times branching fraction is σ(pp→Z)B(Z→4ℓ)=112+23−20(stat.)+7−5(syst.)+3−2(lumi.) fb, also consistent with the standard model prediction of 120 fb. The four-lepton mass peak arising from Z → 4ℓ decays provides a calibration channel for the Higgs boson search in the H → ZZ → 4ℓ decay mode.

Document type Article de périodique (Journal article) – Article de recherche
Access type Accès libre
Publication date 2012
Language Anglais
Journal information "Journal of High Energy Physics" - Vol. 1212, no. --, p. 034 (2012)
Peer reviewed yes
Publisher Springer-Verlag
e-issn 1029-8479
Publication status Publié
Affiliation UCL - SST/IRMP - Institut de recherche en mathématique et physique
Links
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Permanent URL http://hdl.handle.net/2078.1/131307