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U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Search for invisible Higgs-boson decays in events with vector-boson fusion signatures using 139 fb-1 of proton-proton data recorded by the ATLAS experiment

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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  1. SLAC

A direct search for Higgs bosons produced via vector-boson fusion and subsequently decaying into invisible particles is reported. The analysis uses 139 fb-1 of pp collision data at a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV recorded by the ATLAS detector at the LHC. The observed numbers of events are found to be in agreement with the background expectation from Standard Model processes. For a scalar Higgs boson with a mass of 125 GeV and a Standard Model production cross section, an observed upper limit of 0.145 is placed on the branching fraction of its decay into invisible particles at 95% confidence level, with an expected limit of 0.103. These results are interpreted in the context of models where the Higgs boson acts as a portal to dark matter, and limits are set on the scattering cross section of weakly interacting massive particles and nucleons. Invisible decays of additional scalar bosons with masses from 50 GeV to 2 TeV are also studied, and the derived upper limits on the cross section times branching fraction decrease with increasing mass from 1.0 pb for a scalar boson mass of 50 GeV to 0.1 pb at a mass of 2 TeV.

Research Organization:
SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-76SF00515
OSTI ID:
1886934
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1893942
OSTI ID: 1923774
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Journal Name: Journal of High Energy Physics (Online) Journal Issue: 8 Vol. 2022; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer NatureCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

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Exotic decays of the 125 GeV Higgs boson journal October 2014
Complementarity of dark matter detectors in light of the neutrino background journal October 2014
Automated parton-shower variations in pythia 8 journal October 2016
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Higgs Boson Gluon-Fusion Production in QCD at Three Loops journal May 2015
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Parton distributions in the LHC era: MMHT 2014 PDFs journal May 2015
Herwig 7.2 release note journal May 2020
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Search for invisible decays of Higgs bosons in the vector boson fusion and associated ZH production modes [Supplemental Data]
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Event generation with Sherpa 2.2 journal January 2019
Higgs Portal Vector Dark Matter Interpretation: Review of EffectiveField Theory Approach and Ultraviolet Complete Models journal January 2022