Measurements of $${\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ production cross sections and constraints on anomalous triple gauge couplings at $$\sqrt{s} = 13\,\text {TeV} $$ (2021)

The production of Z boson pairs in proton-proton ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow> </mml:math> ) 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>2</mml:mn> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:msup><mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>'</mml:mo></mml:msup> </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:msup><mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>'</mml:mo></mml:msup> <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 CERN LHC. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 137 <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> , collected during 2016-2018. The <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow> </mml:math> production cross section, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi> <mml:mtext>tot</mml:mtext></mml:msub> <mml:mrow><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:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>17.4</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.3</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>(stat)</mml:mtext> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.5</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>0.3</mml:mn> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>(lumi) pb</mml:mtext></mml:mrow> </mml:math> , measured for events with two pairs of opposite-sign, same-flavor leptons 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 also measured and agree with theoretical predictions. The invariant mass distribution of the four-lepton system is used to set limits on anomalous <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow> </mml:math> couplings.