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Title: Search for an invisibly decaying Higgs boson or dark matter candidates produced in association with a Z boson in pp collisions at s =13 TeV with the ATLAS detector

Journal Article · · Physics Letters B
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Here a search for an invisibly decaying Higgs boson or dark matter candidates produced in association with a leptonically decaying Z boson in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV is presented. This search uses 36.1fb-1 of data collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. No significant deviation from the expectation of the Standard Model backgrounds is observed. Assuming the Standard Model ZH production cross-section, an observed (expected) upper limit of 67% (39%) at the 95% confidence level is set on the branching ratio of invisible decays of the Higgs boson with mass mH =125GeV. The corresponding limits on the production cross-section of the ZH process with the invisible Higgs boson decays are also presented. Furthermore, exclusion limits on the dark matter candidate and mediator masses are reported in the framework of simplified dark matter models.

Research Organization:
Univ. of Michigan, Ann Arbor, MI (United States); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); Harvard Univ., Cambridge, MA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP); USDOE
Contributing Organization:
The ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
SC0007859; AC02-76SF00515; AC02-05CH11231; SC0007881
OSTI ID:
1437779
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1424026; OSTI ID: 1432246; OSTI ID: 1638970; OSTI ID: 1771119
Journal Information:
Physics Letters B, Vol. 776, Issue C; ISSN 0370-2693
Publisher:
ElsevierCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (44)

New parton distribution functions from a global analysis of quantum chromodynamics journal February 2016
Electroweak Corrections to p p → μ + μ − e + e − + X at the LHC: A Higgs Boson Background Study journal April 2016
Dark matter detection journal March 2016
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Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC journal September 2012
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Performance of the ATLAS trigger system in 2015 journal May 2017
Topological cell clustering in the ATLAS calorimeters and its performance in LHC Run 1 journal July 2017
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Search for invisible decays of the Higgs boson produced in association with a hadronically decaying vector boson in pp collisions at $$\sqrt{s} = 8$$ s = 8 TeV with the ATLAS detector journal July 2015
QCD corrections to Z Z production in gluon fusion at the LHC journal November 2015
Interplay and characterization of Dark Matter searches at colliders and in direct detection experiments journal September 2015
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Graviscalars from higher-dimensional metrics and curvature-Higgs mixing journal February 2001
Invisible Higgs boson decay into massive neutrinos of fourth generation journal September 2003
Parton distributions in the LHC era: MMHT 2014 PDFs journal May 2015
Precise determination of the mass of the Higgs boson and tests of compatibility of its couplings with the standard model predictions using proton collisions at 7 and 8 $$\,\text {TeV}$$ TeV journal May 2015
Invisible decays of Higgs bosons journal April 1982
Cosmological Lower Bound on Heavy-Neutrino Masses journal July 1977
Performance of algorithms that reconstruct missing transverse momentum in $$\sqrt{s}$$ s = 8 TeV proton–proton collisions in the ATLAS detector journal April 2017
Self-interacting dark matter and the Higgs boson journal July 2000
Search for dark matter at $$\sqrt{s}=13~\mathrm{TeV}$$ s = 13 TeV in final states containing an energetic photon and large missing transverse momentum with the ATLAS detector journal June 2017
A brief introduction to PYTHIA 8.1 journal June 2008
New parton distributions for collider physics journal October 2010
Neutrino mass and invisible Higgs decays at the LHC journal June 2015
Large invisible decay of a Higgs boson to neutrinos journal October 2015
Exploring the Higgs portal journal September 2011
Parton distributions for the LHC journal July 2009
The MSSM invisible Higgs in the light of dark matter and g−2 journal October 2001
Search for new phenomena in monophoton final states in proton–proton collisions at s = 8  TeV journal April 2016
Search for exotic decays of a Higgs boson into undetectable particles and one or more photons journal February 2016
Search for invisible decays of Higgs bosons in the vector boson fusion and associated ZH production modes journal August 2014
Performance of pile-up mitigation techniques for jets in $$pp$$ p p collisions at $$\sqrt{s}=8$$ s = 8  TeV using the ATLAS detector journal October 2016
Muon reconstruction performance of the ATLAS detector in proton–proton collision data at $$\sqrt{s}$$ s =13 TeV journal May 2016
Search for dark matter in events with heavy quarks and missing transverse momentum in $$pp$$ p p collisions with the ATLAS detector journal February 2015
ZZ production at the LHC: Fiducial cross sections and distributions in NNLO QCD journal November 2015
Erratum to: Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal July 2013
Geant4—a simulation toolkit
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Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
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Majoron models and the Higgs boson search journal December 1992
Simplified models for dark matter searches at the LHC journal September 2015
Luminosity determination in pp collisions at $$\sqrt{s}$$ s = 8 TeV using the ATLAS detector at the LHC journal November 2016
Search for dark matter produced in association with a hadronically decaying vector boson in pp collisions at s = 13  TeV with the ATLAS detector journal December 2016

Cited By (10)

Direct signals from electroweak singlets through the Higgs portal journal December 2018
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Constraining new physics from Higgs measurements with Lilith: update to LHC Run 2 results journal January 2019
Constraining the Inert Doublet Model using Vector Boson Fusion text January 2019
Tagging Jets in Invisible Higgs Searches journal January 2018
Constraining the Inert Doublet Model using Vector Boson Fusion journal November 2019
Z ′ mediated WIMPs: dead, dying, or soon to be detected? journal November 2019
Combination of searches for invisible Higgs boson decays with the ATLAS experiment text January 2019
Top-philic dark matter within and beyond the WIMP paradigm text January 2018
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Figures / Tables (6)