Search for dark matter in events with energetic, hadronically decaying top quarks and missing transverse momentum at $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV

Author:

,Sirunyan A. M.,Tumasyan A.,Adam W.,Ambrogi F.,Asilar E.,Bergauer T.,Brandstetter J.,Brondolin E.,Dragicevic M.,Erö J.,Flechl M.,Friedl M.,Frühwirth R.,Ghete V. M.,Grossmann J.,Hrubec J.,Jeitler M.,König A.,Krammer N.,Krätschmer I.,Liko D.,Madlener T.,Mikulec I.,Pree E.,Rad N.,Rohringer H.,Schieck J.,Schöfbeck R.,Spanring M.,Spitzbart D.,Waltenberger W.,Wittmann J.,Wulz C.-E.,Zarucki M.,Chekhovsky V.,Mossolov V.,Suarez Gonzalez J.,De Wolf E. A.,Di Croce D.,Janssen X.,Lauwers J.,Van De Klundert M.,Van Haevermaet H.,Van Mechelen P.,Van Remortel N.,Abu Zeid S.,Blekman F.,D’Hondt J.,De Bruyn I.,De Clercq J.,Deroover K.,Flouris G.,Lontkovskyi D.,Lowette S.,Marchesini I.,Moortgat S.,Moreels L.,Python Q.,Skovpen K.,Tavernier S.,Van Doninck W.,Van Mulders P.,Van Parijs I.,Beghin D.,Brun H.,Clerbaux B.,De Lentdecker G.,Delannoy H.,Dorney B.,Fasanella G.,Favart L.,Goldouzian R.,Grebenyuk A.,Karapostoli G.,Lenzi T.,Luetic J.,Maerschalk T.,Marinov A.,Seva T.,Starling E.,Vander Velde C.,Vanlaer P.,Vannerom D.,Yonamine R.,Zenoni F.,Zhang F.,Cimmino A.,Cornelis T.,Dobur D.,Fagot A.,Gul M.,Khvastunov I.,Poyraz D.,Roskas C.,Salva S.,Tytgat M.,Verbeke W.,Zaganidis N.,Bakhshiansohi H.,Bondu O.,Brochet S.,Bruno G.,Caputo C.,Caudron A.,David P.,De Visscher S.,Delaere C.,Delcourt M.,Francois B.,Giammanco A.,Komm M.,Krintiras G.,Lemaitre V.,Magitteri A.,Mertens A.,Musich M.,Piotrzkowski K.,Quertenmont L.,Saggio A.,Vidal Marono M.,Wertz S.,Zobec J.,Beliy N.,Aldá Júnior W. L.,Alves F. L.,Alves G. A.,Brito L.,Correa Martins Junior M.,Hensel C.,Moraes A.,Pol M. E.,Rebello Teles P.,Belchior Batista Das Chagas E.,Carvalho W.,Chinellato J.,Coelho E.,Da Costa E. M.,Da Silveira G. G.,De Jesus Damiao D.,Fonseca De Souza S.,Huertas Guativa L. M.,Malbouisson H.,Melo De Almeida M.,Mora Herrera C.,Mundim L.,Nogima H.,Sanchez Rosas L. J.,Santoro A.,Sznajder A.,Thiel M.,Tonelli Manganote E. J.,Torres Da Silva De Araujo F.,Vilela Pereira A.,Ahuja S.,Bernardes C. A.,Fernandez Perez Tomei T. R.,Gregores E. M.,Mercadante P. G.,Novaes S. F.,Padula Sandra S.,Romero Abad D.,Ruiz Vargas J. C.,Aleksandrov A.,Hadjiiska R.,Iaydjiev P.,Misheva M.,Rodozov M.,Shopova M.,Sultanov G.,Dimitrov A.,Glushkov I.,Litov L.,Pavlov B.,Petkov P.,Fang W.,Gao X.,Yuan L.,Ahmad M.,Bian J. G.,Chen G. M.,Chen H. S.,Chen M.,Chen Y.,Jiang C. H.,Leggat D.,Liao H.,Liu Z.,Romeo F.,Shaheen S. 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L.,Ferri F.,Ganjour S.,Ghosh S.,Givernaud A.,Gras P.,Hamel de Monchenault G.,Jarry P.,Kucher I.,Leloup C.,Locci E.,Machet M.,Malcles J.,Negro G.,Rander J.,Rosowsky A.,Sahin M. Ö.,Titov M.,Abdulsalam A.,Amendola C.,Antropov I.,Baffioni S.,Beaudette F.,Busson P.,Cadamuro L.,Charlot C.,Granier de Cassagnac R.,Jo M.,Lisniak S.,Lobanov A.,Martin Blanco J.,Nguyen M.,Ochando C.,Ortona G.,Paganini P.,Pigard P.,Salerno R.,Sauvan J. B.,Sirois Y.,Stahl Leiton A. G.,Strebler T.,Yilmaz Y.,Zabi A.,Zghiche A.,Agram J.-L.,Andrea J.,Bloch D.,Brom J.-M.,Buttignol M.,Chabert E. C.,Chanon N.,Collard C.,Conte E.,Coubez X.,Fontaine J.-C.,Gelé D.,Goerlach U.,Jansová M.,Le Bihan A.-C.,Tonon N.,Van Hove P.,Gadrat S.,Beauceron S.,Bernet C.,Boudoul G.,Chierici R.,Contardo D.,Depasse P.,El Mamouni H.,Fay J.,Finco L.,Gascon S.,Gouzevitch M.,Grenier G.,Ille B.,Lagarde F.,Laktineh I. B.,Lethuillier M.,Mirabito L.,Pequegnot A. 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L.,Perrotta A.,Rossi A. M.,Rovelli T.,Siroli G. P.,Tosi N.,Albergo S.,Costa S.,Di Mattia A.,Giordano F.,Potenza R.,Tricomi A.,Tuve C.,Barbagli G.,Chatterjee K.,Ciulli V.,Civinini C.,D’Alessandro R.,Focardi E.,Lenzi P.,Meschini M.,Paoletti S.,Russo L.,Sguazzoni G.,Strom D.,Viliani L.,Benussi L.,Bianco S.,Fabbri F.,Piccolo D.,Primavera F.,Calvelli V.,Ferro F.,Robutti E.,Tosi S.,Benaglia A.,Beschi A.,Brianza L.,Brivio F.,Ciriolo V.,Dinardo M. E.,Fiorendi S.,Gennai S.,Ghezzi A.,Govoni P.,Malberti M.,Malvezzi S.,Manzoni R. A.,Menasce D.,Moroni L.,Paganoni M.,Pauwels K.,Pedrini D.,Pigazzini S.,Ragazzi S.,Tabarelli de Fatis T.,Buontempo S.,Cavallo N.,Di Guida S.,Fabozzi F.,Fienga F.,Iorio A. O. M.,Khan W. 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B.,Radburn-Smith B. C.,Seo S. h.,Yang U. K.,Yoo H. D.,Yu G. B.,Choi M.,Kim H.,Kim J. H.,Lee J. S. H.,Park I. C.,Choi Y.,Hwang C.,Lee J.,Yu I.,Dudenas V.,Juodagalvis A.,Vaitkus J.,Ahmed I.,Ibrahim Z. A.,Md Ali M. A. B.,Mohamad Idris F.,Wan Abdullah W. A. T.,Yusli M. N.,Zolkapli Z.,Reyes-Almanza R.,Ramirez-Sanchez G.,Duran-Osuna M. C.,Castilla-Valdez H.,De La Cruz-Burelo E.,Heredia-De La Cruz I.,Rabadan-Trejo R. I.,Lopez-Fernandez R.,Mejia Guisao J.,Sanchez-Hernandez A.,Carrillo Moreno S.,Oropeza Barrera C.,Vazquez Valencia F.,Pedraza I.,Salazar Ibarguen H. A.,Uribe Estrada C.,Morelos Pineda A.,Krofcheck D.,Butler P. H.,Ahmad A.,Ahmad M.,Hassan Q.,Hoorani H. R.,Saddique A.,Shah M. A.,Shoaib M.,Waqas M.,Bialkowska H.,Bluj M.,Boimska B.,Frueboes T.,Górski M.,Kazana M.,Nawrocki K.,Szleper M.,Zalewski P.,Bunkowski K.,Byszuk A.,Doroba K.,Kalinowski A.,Konecki M.,Krolikowski J.,Misiura M.,Olszewski M.,Pyskir A.,Walczak M.,Bargassa P.,Beirão Da Cruz E Silva C.,Di Francesco A.,Faccioli P.,Galinhas B.,Gallinaro M.,Hollar J.,Leonardo N.,Lloret Iglesias L.,Nemallapudi M. V.,Seixas J.,Strong G.,Toldaiev O.,Vadruccio D.,Varela J.,Alexakhin V.,Bunin P.,Gavrilenko M.,Golunov A.,Golutvin I.,Gorbounov N.,Gorbunov I.,Karjavin V.,Lanev A.,Malakhov A.,Matveev V.,Palichik V.,Perelygin V.,Savina M.,Shmatov S.,Shulha S.,Smirnov V.,Zarubin A.,Ivanov Y.,Kim V.,Kuznetsova E.,Levchenko P.,Murzin V.,Oreshkin V.,Smirnov I.,Sulimov V.,Uvarov L.,Vavilov S.,Vorobyev A.,Andreev Yu.,Dermenev A.,Gninenko S.,Golubev N.,Karneyeu A.,Kirsanov M.,Krasnikov N.,Pashenkov A.,Tlisov D.,Toropin A.,Epshteyn V.,Gavrilov V.,Lychkovskaya N.,Popov V.,Pozdnyakov I.,Safronov G.,Spiridonov A.,Stepennov A.,Toms M.,Vlasov E.,Zhokin A.,Aushev T.,Bylinkin A.,Chistov R.,Danilov M.,Parygin P.,Philippov D.,Polikarpov S.,Tarkovskii E.,Andreev V.,Azarkin M.,Dremin I.,Kirakosyan M.,Terkulov A.,Baskakov A.,Belyaev A.,Boos E.,Bunichev V.,Dubinin M.,Dudko L.,Ershov A.,Klyukhin V.,Korneeva N.,Lokhtin I.,Miagkov I.,Obraztsov S.,Perfilov M.,Savrin V.,Volkov P.,Blinov V.,Shtol D.,Skovpen Y.,Azhgirey I.,Bayshev I.,Bitioukov S.,Elumakhov D.,Kachanov V.,Kalinin A.,Konstantinov D.,Mandrik P.,Petrov V.,Ryutin R.,Sobol A.,Troshin S.,Tyurin N.,Uzunian A.,Volkov A.,Adzic P.,Cirkovic P.,Devetak D.,Dordevic M.,Milosevic J.,Rekovic V.,Alcaraz Maestre J.,Barrio Luna M.,Cerrada M.,Colino N.,De La Cruz B.,Delgado Peris A.,Escalante Del Valle A.,Fernandez Bedoya C.,Fernández Ramos J. 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A.,Mersi S.,Meschi E.,Milenovic P.,Moortgat F.,Mulders M.,Neugebauer H.,Ngadiuba J.,Orfanelli S.,Orsini L.,Pape L.,Perez E.,Peruzzi M.,Petrilli A.,Petrucciani G.,Pfeiffer A.,Pierini M.,Rabady D.,Racz A.,Reis T.,Rolandi G.,Rovere M.,Sakulin H.,Schäfer C.,Schwick C.,Seidel M.,Selvaggi M.,Sharma A.,Silva P.,Sphicas P.,Stakia A.,Steggemann J.,Stoye M.,Tosi M.,Treille D.,Triossi A.,Tsirou A.,Veckalns V.,Verweij M.,Zeuner W. D.,Bertl W.,Caminada L.,Deiters K.,Erdmann W.,Horisberger R.,Ingram Q.,Kaestli H. C.,Kotlinski D.,Langenegger U.,Rohe T.,Wiederkehr S. A.,Backhaus M.,Bäni L.,Berger P.,Bianchini L.,Casal B.,Dissertori G.,Dittmar M.,Donegà M.,Dorfer C.,Grab C.,Heidegger C.,Hits D.,Hoss J.,Kasieczka G.,Klijnsma T.,Lustermann W.,Mangano B.,Marionneau M.,Meinhard M. T.,Meister D.,Micheli F.,Musella P.,Nessi-Tedaldi F.,Pandolfi F.,Pata J.,Pauss F.,Perrin G.,Perrozzi L.,Quittnat M.,Reichmann M.,Sanz Becerra D. A.,Schönenberger M.,Shchutska L.,Tavolaro V. 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Abstract

Abstract A search for dark matter is conducted in events with large missing transverse momentum and a hadronically decaying, Lorentz-boosted top quark. This study is performed using proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, in data recorded by the CMS detector in 2016 at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 36 fb−1. New substructure techniques, including the novel use of energy correlation functions, are utilized to identify the decay products of the top quark. With no significant deviations observed from predictions of the standard model, limits are placed on the production of new heavy bosons coupling to dark matter particles. For a scenario with purely vector-like or purely axial-vector-like flavor changing neutral currents, mediator masses between 0.20 and 1.75 TeV are excluded at 95% confidence level, given a sufficiently small dark matter mass. Scalar resonances decaying into a top quark and a dark matter fermion are excluded for masses below 3.4 TeV, assuming a dark matter mass of 100 GeV.

Publisher

Springer Science and Business Media LLC

Subject

Nuclear and High Energy Physics

Reference60 articles.

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