Measurements of the $$\mathrm {p}\mathrm {p}\rightarrow \mathrm{Z}\mathrm{Z}$$ p p → Z Z production cross section and the $$\mathrm{Z}\rightarrow 4\ell $$ Z → 4 ℓ branching fraction, and constraints on anomalous triple gauge couplings at $$\sqrt{s} = 13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV (2018)

Four-lepton production in proton-proton collisions, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi> <mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi> <mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow> </mml:math> , where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow> </mml:math> or <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math> , is studied at a center-of-mass energy of 13 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>TeV</mml:mtext></mml:mrow> </mml:math> with the CMS detector at the LHC. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 35.9 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:msup><mml:mtext>fb</mml:mtext> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> . The ZZ production cross section, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>17.2</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.5</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>(stat)</mml:mtext> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.7</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>(syst)</mml:mtext> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.4</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>(theo)</mml:mtext> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.4</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>(lumi) pb</mml:mtext></mml:mrow> </mml:math> , measured using events with two opposite-sign, same-flavor lepton pairs produced in the mass region <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>60</mml:mn> <mml:mo><</mml:mo> <mml:msub><mml:mi>m</mml:mi> <mml:mrow><mml:msup><mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo></mml:msup> <mml:msup><mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo></mml:msup> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mn>120</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow> </mml:math> , is consistent with standard model predictions. Differential cross sections are measured and are well described by the theoretical predictions. The Z boson branching fraction to four leptons is measured to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msubsup><mml:mn>83</mml:mn> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>0.22</mml:mn></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.23</mml:mn></mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>a</mml:mi> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>0.29</mml:mn></mml:mrow> <mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.32</mml:mn></mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.08</mml:mn> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>h</mml:mi> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mi>o</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.12</mml:mn> <mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>l</mml:mi> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup><mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> for events with a four-lepton invariant mass in the range <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>80</mml:mn> <mml:mo><</mml:mo> <mml:msub><mml:mi>m</mml:mi> <mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn> <mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mn>100</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow> </mml:math> and a dilepton mass <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi> <mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>></mml:mo> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow> </mml:math> for all opposite-sign, same-flavor lepton pairs. The results agree with standard model predictions. The invariant mass distribution of the four-lepton system is used to set limits on anomalous ZZZ and ZZ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>γ</mml:mi></mml:math> couplings at 95% confidence level: <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>0.0012</mml:mn> <mml:mo><</mml:mo> <mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mi>Z</mml:mi></mml:msubsup> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mn>0.0010</mml:mn></mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>0.0010</mml:mn> <mml:mo><</mml:mo> <mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi> <mml:mn>5</mml:mn> <mml:mi>Z</mml:mi></mml:msubsup> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mn>0.0013</mml:mn></mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>0.0012</mml:mn> <mml:mo><</mml:mo> <mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mi>γ</mml:mi></mml:msubsup> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mn>0.0013</mml:mn></mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>0.0012</mml:mn> <mml:mo><</mml:mo> <mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi> <mml:mn>5</mml:mn> <mml:mi>γ</mml:mi></mml:msubsup> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mn>0.0013</mml:mn></mml:mrow> </mml:math> .