Search for a multi-Higgs-boson cascade in $W^+W^−b\bar{b}$ events with the ATLAS detector in pp collisions at $\sqrt{s} = 8$  TeV

<p>A search is presented for new particles in an extension to the Standard Model that includes a heavy Higgs boson (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), an intermediate charged Higgs-boson pair (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), and a light Higgs boson (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). The analysis searches for events involving the production of a single heavy neutral Higgs boson which decays to the charged Higgs boson and a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> boson, where the charged Higgs boson subsequently decays into a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> boson and the lightest neutral Higgs boson decaying to a bottom–antibottom-quark pair. Such a cascade results in a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-boson pair and a bottom–antibottom-quark pair in the final state. Events with exactly one lepton, missing transverse momentum, and at least four jets are selected from a data sample corresponding to an integrated luminosity of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>20.3</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>fb</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, collected by the ATLAS detector in proton-proton collisions at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>TeV</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at the LHC. The data are found to be consistent with Standard Model predictions, and 95% confidence-level upper limits are set on the product of cross section and branching ratio. These limits range from 0.065 to 43 pb as a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> masses, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> fixed at 125 GeV.</p>