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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

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.
Authors:
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Publication Date:
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-17-110-CMS; CMS-EXO-16-037; CERN-EP-2017-031; arXiv:1703.01651
Journal ID: ISSN 1029-8479; 1516193
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
Type:
Accepted Manuscript
Journal Name:
Journal of High Energy Physics (Online)
Additional Journal Information:
Journal Name: Journal of High Energy Physics (Online); Journal Volume: 2017; Journal Issue: 7; Journal ID: ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer Berlin
Research Org:
Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Lab. (LLNL), Livermore, CA (United States); Argonne National Lab. (ANL), Argonne, IL (United States)
Sponsoring Org:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
Contributing Orgs:
The CMS collaboration
Country of Publication:
United States
Language:
English
Subject:
72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS; Jet substructure; Dark matter; Hadron-Hadron scattering (experiments); Exotics; Higgs physics
OSTI Identifier:
1352016