Combination of Searches for Higgs Boson Pair Production in pp Collisions at s=13 TeV with the ATLAS Detector

This Letter presents results from a combination of searches for Higgs boson pair production using <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><a:mrow><a:mn>126</a:mn><a:mi>–</a:mi><a:mn>140</a:mn><a:mtext> </a:mtext><a:mtext> </a:mtext><a:msup><a:mi>fb</a:mi><a:mrow><a:mo>−</a:mo><a:mn>1</a:mn></a:mrow></a:msup></a:mrow></a:math> of proton-proton collision data at <c:math xmlns:c="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><c:msqrt><c:mi>s</c:mi></c:msqrt><c:mo>=</c:mo><c:mn>13</c:mn><c:mtext> </c:mtext><c:mtext> </c:mtext><c:mi>TeV</c:mi></c:math> recorded with the ATLAS detector. At 95% confidence level (CL), the upper limit on the production rate is 2.9 times the standard model (SM) prediction, with an expected limit of 2.4 assuming no Higgs boson pair production. Constraints on the Higgs boson self-coupling modifier <e:math xmlns:e="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><e:mrow><e:msub><e:mrow><e:mi>κ</e:mi></e:mrow><e:mrow><e:mi>λ</e:mi></e:mrow></e:msub><e:mo>=</e:mo><e:msub><e:mrow><e:mi>λ</e:mi></e:mrow><e:mrow><e:mi>H</e:mi><e:mi>H</e:mi><e:mi>H</e:mi></e:mrow></e:msub><e:mo>/</e:mo><e:msubsup><e:mrow><e:mi>λ</e:mi></e:mrow><e:mrow><e:mi>H</e:mi><e:mi>H</e:mi><e:mi>H</e:mi></e:mrow><e:mrow><e:mi>SM</e:mi></e:mrow></e:msubsup></e:mrow></e:math>, and the quartic <g:math xmlns:g="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><g:mi>H</g:mi><g:mi>H</g:mi><g:mi>V</g:mi><g:mi>V</g:mi></g:math> coupling modifier <i:math xmlns:i="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><i:mrow><i:msub><i:mrow><i:mi>κ</i:mi></i:mrow><i:mrow><i:mn>2</i:mn><i:mi>V</i:mi></i:mrow></i:msub><i:mo>=</i:mo><i:msub><i:mrow><i:mi>g</i:mi></i:mrow><i:mrow><i:mi>H</i:mi><i:mi>H</i:mi><i:mi>V</i:mi><i:mi>V</i:mi></i:mrow></i:msub><i:mo>/</i:mo><i:msubsup><i:mrow><i:mi>g</i:mi></i:mrow><i:mrow><i:mi>H</i:mi><i:mi>H</i:mi><i:mi>V</i:mi><i:mi>V</i:mi></i:mrow><i:mrow><i:mi>SM</i:mi></i:mrow></i:msubsup></i:mrow></i:math>, are derived individually, fixing the other parameter to its SM value. The observed 95% CL intervals are <k:math xmlns:k="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><k:mrow><k:mo>−</k:mo><k:mn>1.2</k:mn><k:mo><</k:mo><k:msub><k:mrow><k:mi>κ</k:mi></k:mrow><k:mrow><k:mi>λ</k:mi></k:mrow></k:msub><k:mo><</k:mo><k:mn>7.2</k:mn></k:mrow></k:math> and <m:math xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><m:mrow><m:mn>0.6</m:mn><m:mo><</m:mo><m:msub><m:mrow><m:mi>κ</m:mi></m:mrow><m:mrow><m:mn>2</m:mn><m:mi>V</m:mi></m:mrow></m:msub><m:mo><</m:mo><m:mn>1.5</m:mn></m:mrow></m:math>, respectively, while the expected intervals are <o:math xmlns:o="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><o:mrow><o:mo>−</o:mo><o:mn>1.6</o:mn><o:mo><</o:mo><o:msub><o:mrow><o:mi>κ</o:mi></o:mrow><o:mrow><o:mi>λ</o:mi></o:mrow></o:msub><o:mo><</o:mo><o:mn>7.2</o:mn></o:mrow></o:math> and <q:math xmlns:q="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><q:mrow><q:mn>0.4</q:mn><q:mo><</q:mo><q:msub><q:mrow><q:mi>κ</q:mi></q:mrow><q:mrow><q:mn>2</q:mn><q:mi>V</q:mi></q:mrow></q:msub><q:mo><</q:mo><q:mn>1.6</q:mn></q:mrow></q:math> in the SM case. Constraints obtained for several interaction parameters within Higgs effective field theory are the strongest to date, offering insights into potential deviations from SM predictions.