skip to main content
OSTI.GOV title logo U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Title: Search for Dark Matter and Supersymmetry with a Compressed Mass Spectrum in the Vector Boson Fusion Topology in Proton-Proton Collisions at s = 8 TeV

Journal Article · · Physical Review Letters
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; more »; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; « less

A first search for pair production of dark matter candidates through vector boson fusion in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$=8 TeV is performed with the CMS detector. The vector boson fusion topology enhances missing transverse momentum, providing a way to probe supersymmetry, even in the case of a compressed mass spectrum. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 18.5 fb$$-$$1, recorded by the CMS experiment. The observed dijet mass spectrum is consistent with the standard model expectation. In an effective field theory, dark matter masses are explored as a function of contact interaction strength. Lastly, the most stringent limit on bottom squark production with mass below 315 GeV is also reported, assuming a 5 GeV mass difference with respect to the lightest neutralino.

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:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1289932
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-191-CMS; CMS-SUS-14-019; CERN-EP-2016-096; arXiv:1605.09305; PRLTAO; 1466301
Journal Information:
Physical Review Letters, Vol. 118, Issue 2; ISSN 0031-9007
Publisher:
American Physical Society (APS)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 18 works
Citation information provided by
Web of Science

References (56)

Phenomenology of the production, decay, and detection of new hadronic states associated with supersymmetry journal July 1978
New Generation of Parton Distributions with Uncertainties from Global QCD Analysis journal July 2002
Search for dark matter in events with a Z boson and missing transverse momentum in p p collisions at s = 8 TeV with the ATLAS detector journal July 2014
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
Search for Dark Matter in Events with Missing Transverse Momentum and a Higgs Boson Decaying to Two Photons in p p Collisions at s = 8 TeV with the ATLAS Detector journal September 2015
The Fast Simulation of the CMS Detector at LHC journal December 2011
Update of parton distributions at NNLO journal September 2007
Review of Particle Physics journal August 2014
Performance of electron reconstruction and selection with the CMS detector in proton-proton collisions at √ s = 8 TeV journal June 2015
New parton distributions for collider physics journal October 2010
Perspectives on Higgs Physics II book November 1997
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Searches for electroweak production of charginos, neutralinos, and sleptons decaying to leptons and W, Z, and Higgs bosons in pp collisions at 8 TeV journal September 2014
Identification of b-quark jets with the CMS experiment journal April 2013
Search for supersymmetry in events with soft leptons, low jet multiplicity, and missing transverse energy in proton–proton collisions at s = 8  TeV journal August 2016
PYTHIA 6.4 physics and manual journal May 2006
Search for new phenomena in final states with an energetic jet and large missing transverse momentum in pp collisions at $$\sqrt{s}=8~$$ s = 8 TeV with the ATLAS detector journal July 2015
A determination of parton distributions with faithful uncertainty estimation journal March 2009
Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters journal October 2014
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
Confidence level computation for combining searches with small statistics journal September 1999
NLO Higgs boson production via vector-boson fusion matched with shower in POWHEG journal February 2010
MadDM v.1.0: Computation of dark matter relic abundance using MadGraph 5 journal December 2014
Search for invisible decays of Higgs bosons in the vector boson fusion and associated ZH production modes journal August 2014
Search for dark matter and unparticles produced in association with a Z boson in proton-proton collisions at s = 8 TeV journal March 2016
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
Implications of CTEQ global analysis for collider observables journal July 2008
Probing Dark Matter at the LHC Using Vector Boson Fusion Processes journal August 2013
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
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Search for dark matter produced in association with a Higgs boson decaying to two bottom quarks in p p collisions at s = 8 TeV with the ATLAS detector journal April 2016
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at √s = 7 TeV journal October 2012
Search for invisible decays of a Higgs boson using vector-boson fusion in pp collisions at s = 8 $$ \sqrt{s}=8 $$ TeV with the ATLAS detector journal January 2016
The CMS experiment at the CERN LHC journal August 2008
Performance of Electron Reconstruction and Selection with the CMS Detector in Proton-Proton Collisions at √s = 8 TeV text January 2015
Searches for electroweak production of charginos, neutralinos, and sleptons decaying to leptons and W, Z, and Higgs bosons in pp collisions at 8 TeV text January 2014
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations text January 2014
Review of Particle Physics text January 2008
Search for invisible decays of Higgs bosons in the vector boson fusion and associated ZH production modes text January 2014
Review of Particle Physics text January 2018
Performance of τ-lepton reconstruction and identification in CMS text January 2012
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at √s = 7 TeV text January 2012
Search for dark matter in events with a Z boson and missing transverse momentum in pp collisions at √s=8 TeV with the ATLAS detector text January 2014
Review of Particle Physics text January 2012
Identification of b-quark jets with the CMS experiment text January 2013
Searches for electroweak production of charginos, neutralinos, and sleptons decaying to leptons and W, Z, and Higgs bosons in pp collisions at 8 TeV text January 2014
Update of Parton Distributions at NNLO text January 2007
The anti-k_t jet clustering algorithm text January 2008
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at sqrt(s) = 7 TeV text January 2012
Bounds on Dark Matter Interactions with Electroweak Gauge Bosons text January 2012
Vector Boson Fusion Processes as a Probe of Supersymmetric Electroweak Sectors at the LHC text January 2012
Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters text January 2013
Probing Dark Matter at the LHC using Vector Boson Fusion Processes text January 2013
MadDM v.1.0: Computation of Dark Matter Relic Abundance Using MadGraph5 text January 2013
New Generation of Parton Distributions with Uncertainties from Global QCD Analysis text January 2002
Stop Production at Hadron Colliders text January 1997

Cited By (12)

Stau coannihilation, compressed spectrum, and SUSY discovery potential at the LHC journal June 2017
Naturalness, the hyperbolic branch, and prospects for the observation of charged Higgs bosons at high luminosity LHC and 27 TeV LHC journal November 2018
Human mast cells and basophils-How are they similar how are they different? journal February 2018
Probing the frontiers of particle physics with tabletop-scale experiments journal September 2017
Measurements of electroweak $$Wjj $$ W j j production and constraints on anomalous gauge couplings with the ATLAS detector journal July 2017
Electroweak production of two jets in association with a Z boson in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}= $$ s = 13 $$\,\text {TeV}$$ TeV journal July 2018
High energy physics and cosmology at the unification frontier: Opportunities and challenges in the coming years journal July 2018
Search for Supersymmetry with a Compressed Mass Spectrum in Events with a Soft $\tau$ Lepton, a Highly Energetic Jet, and Large Missing Transverse Momentum in Proton-Proton Collisions at $\sqrt{s}=$ TeV text January 2019
Electroweak production of two jets in association with a Z boson in proton–proton collisions at $\sqrt{s}= $ 13$\,\text {TeV}$ text January 2018
Electroweak production of two jets in association with a Z boson in proton-proton collisions at $\sqrt{s}= $ 13 $\,\text {TeV} text January 2017
Search for Supersymmetry with a Compressed Mass Spectrum in Events with a Soft $\tau$ Lepton, a Highly Energetic Jet, and Large Missing Transverse Momentum in Proton-Proton Collisions at $\sqrt{s}=$ TeV text January 2020
Anapole Dark Matter via Vector Boson Fusion Processes at the LHC text January 2019