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Office of Scientific and Technical Information

Title: Search for narrow and broad dijet resonances in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV and constraints on dark matter mediators and other new particles

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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Searches for resonances decaying into pairs of jets are performed using proton-proton collision data collected at $$\sqrt{s} =$$ 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of up to 36 fb$$^{-1}$$. A low-mass search, for resonances with masses between 0.6 and 1.6 TeV, is performed based on events with dijets reconstructed at the trigger level from calorimeter information. A high-mass search, for resonances with masses above 1.6 TeV, is performed using dijets reconstructed offline with a particle-flow algorithm. The dijet mass spectrum is well described by a smooth parameterization and no evidence for the production of new particles is observed. Upper limits at 95% confidence level are reported on the production cross section for narrow resonances with masses above 0.6 TeV. In the context of specific models, the limits exclude string resonances with masses below 7.7 TeV, scalar diquarks below 7.2 TeV, axigluons and colorons below 6.1 TeV, excited quarks below 6.0 TeV, color-octet scalars below 3.4 TeV, W' bosons below 3.3 TeV, Z' bosons below 2.7 TeV, Randall-Sundrum gravitons below 1.8 TeV and in the range 1.9 to 2.5 TeV, and dark matter mediators below 2.6 TeV. The limits on both vector and axial-vector mediators, in a simplified model of interactions between quarks and dark matter particles, are presented as functions of dark matter particle mass and coupling to quarks. Searches are also presented for broad resonances, including for the first time spin-1 resonances with intrinsic widths as large as 30% of the resonance mass. As a result, the broad resonance search improves and extends the exclusions of a dark matter mediator to larger values of its mass and coupling to quarks.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
The CMS collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1452820
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-18-246-CMS; CMS-EXO-16-056; CERN-EP-2018-123; arXiv:1806.00843; 1676214; TRN: US1900989
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2018, Issue 8; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer BerlinCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 106 works
Citation information provided by
Web of Science

References (68)

Search for Dijet Resonances in 7 TeV p p Collisions at CMS journal November 2010
Excited Quark Production at Hadron Colliders journal August 1987
Supercollider physics journal October 1984
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Low-energy phenomenology of superstring-inspired E6 models journal November 1989
Hadron collider production of massive color-octet vector bosons at next-to-leading order journal May 2013
Search for new physics in the dijet mass distribution using 1 fb−1 of pp collision data at <mml:math altimg="si1.gif" overflow="scroll" xmlns:xocs="http://www.elsevier.com/xml/xocs/dtd" xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:ja="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:tb="http://www.elsevier.com/xml/common/table/dtd" xmlns:sb="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-bib/dtd" xmlns:ce="http://www.elsevier.com/xml/common/dtd" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:cals="http://www.elsevier.com/xml/common/cals/dtd"><mml:msqrt><mml:mi>s</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mtext> TeV</mml:mtext></mml:math> collected by the ATLAS detector journal February 2012
Resonant production of diquarks at high energy p p , e p and e + e colliders journal December 2005
Search for new phenomena in dijet mass and angular distributions from pp collisions at s = 13   TeV with the ATLAS detector journal March 2016
Colored resonant signals at the LHC: largest rate and simplest topology journal December 2010
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Dijet Signals for Low Mass Strings at the Large Hadron Collider journal December 2008
A phenomenological profile of the Higgs boson journal January 1976
Jet trimming journal February 2010
Tuning PYTHIA 8.1: the Monash 2013 tune journal August 2014
Dispelling the <mml:math altimg="si1.gif" overflow="scroll" xmlns:xocs="http://www.elsevier.com/xml/xocs/dtd" xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:ja="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:tb="http://www.elsevier.com/xml/common/table/dtd" xmlns:sb="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-bib/dtd" xmlns:ce="http://www.elsevier.com/xml/common/dtd" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:cals="http://www.elsevier.com/xml/common/cals/dtd"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math> myth for the <mml:math altimg="si2.gif" overflow="scroll" xmlns:xocs="http://www.elsevier.com/xml/xocs/dtd" xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:ja="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:tb="http://www.elsevier.com/xml/common/table/dtd" xmlns:sb="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-bib/dtd" xmlns:ce="http://www.elsevier.com/xml/common/dtd" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:cals="http://www.elsevier.com/xml/common/cals/dtd"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math> jet-finder journal September 2006
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Excited-quark and -lepton production at hadron colliders journal August 1990
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Pileup subtraction using jet areas journal January 2008
TeV strings and collider probes of large extra dimensions journal August 2000
Geant4—a simulation toolkit
  • Agostinelli, S.; Allison, J.; Amako, K.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 506, Issue 3 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
journal July 2003
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TeV Strings and Collider Probes of Large Extra Dimensions text January 2000
QCD Signatures of Narrow Graviton Resonances in Hadron Colliders text January 2001
Resonant production of diquarks at high energy pp, ep and e+e- colliders text January 2005
Dispelling the N^3 myth for the Kt jet-finder text January 2005
An Alternative to Compactification text January 1999

Cited By (18)

Search for low-mass resonances decaying into bottom quark-antiquark pairs in proton-proton collisions at s = 13 TeV journal January 2019
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