Measurements of Higgs boson production and couplings in the four-lepton channel in pp collisions at center-of-mass energies of 7 and 8 TeV with the ATLAS detector

<p>The final ATLAS Run 1 measurements of Higgs boson production and couplings in the decay channel <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, are presented. These measurements were performed using <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> collision data corresponding to integrated luminosities of 4.5 and <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> at center-of-mass energies of 7 and 8 TeV, respectively, recorded with the ATLAS detector at the LHC. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> signal is observed with a significance of 8.1 standard deviations, with an expectation of 6.2 standard deviations, at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>125.36</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>GeV</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the combined ATLAS measurement of the Higgs boson mass from the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> channels. The production rate relative to the Standard Model expectation, the signal strength, is measured in four different production categories in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> channel. The measured signal strength, at this mass, and with all categories combined, is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>1.44</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.33</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.40</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The signal strength for Higgs boson production in gluon fusion or in association with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> pairs is found to be <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>1.7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, while the signal strength for vector-boson fusion combined with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> associated production is found to be <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1.6</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>