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Title: Search for dark matter produced with an energetic jet or a hadronically decaying W or Z boson at $$\sqrt{s}=13 $$ TeV

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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A search for dark matter particles is performed using events with large missing transverse momentum, at least one energetic jet, and no leptons, in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV collected with the CMS detector at the LHC. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 12.9 fb-1. The search includes events with jets from the hadronic decays of a W or Z boson. The data are found to be in agreement with the predicted background contributions from standard model processes. The results are presented in terms of simplified models in which dark matter particles are produced through interactions involving a vector, axial-vector, scalar, or pseudoscalar mediator. Vector and axial-vector mediator particles with masses up to 1.95 TeV, and scalar and pseudoscalar mediator particles with masses up to 100 and 430 GeV respectively, are excluded at 95% confidence level. The results are also interpreted in terms of the invisible decays of the Higgs boson, yielding an observed (expected) 95% confidence level upper limit of 0.44 (0.56) on the corresponding branching fraction. The results of this search provide the strongest constraints on the dark matter pair production cross section through vector and axial-vector mediators at a particle collider. When compared to the direct detection experiments, the limits obtained from this search provide stronger constraints for dark matter masses less than 5, 9, and 550 GeV, assuming vector, scalar, and axial-vector mediators, respectively. In conclusion, the search yields stronger constraints for dark matter masses less than 200 GeV, assuming a pseudoscalar mediator, when compared to the indirect detection results from Fermi-LAT.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States); Argonne National Laboratory (ANL), Argonne, IL (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:
1352016
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-17-110-CMS; CMS-EXO-16-037; CERN-EP-2017-031; arXiv:1703.01651; 1516193
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2017, Issue 7; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer BerlinCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 89 works
Citation information provided by
Web of Science

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High-Precision Differential Predictions for Top-Quark Pairs at the LHC journal February 2016
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Identifying boosted objects with N-subjettiness journal March 2011
Search for dark matter, extra dimensions, and unparticles in monojet events in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 8$$ s = 8 $$\,{\mathrm{TeV}}\,$$ TeV journal May 2015
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Search for Dark Matter Particles Produced in Association with a Top Quark Pair at s = 13 TeV journal January 2019
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