Search for dark matter particles produced in association with a Higgs boson in proton-proton collisions at $$ \sqrt{\mathrm{s}} $$ = 13 TeV

Author:

,Sirunyan A. M.,Tumasyan A.,Adam W.,Ambrogi F.,Bergauer T.,Brandstetter J.,Dragicevic M.,Erö J.,Escalante Del Valle A.,Flechl M.,Frühwirth R.,Jeitler M.,Krammer N.,Krätschmer I.,Liko D.,Madlener T.,Mikulec I.,Rad N.,Schieck J.,Schöfbeck R.,Spanring M.,Spitzbart D.,Waltenberger W.,Wittmann J.,Wulz C.-E.,Zarucki M.,Drugakov V.,Mossolov V.,Suarez Gonzalez J.,Darwish M. R.,De Wolf E. A.,Di Croce D.,Janssen X.,Lauwers J.,Lelek A.,Pieters M.,Rejeb Sfar H.,Van Haevermaet H.,Van Mechelen P.,Van Putte S.,Van Remortel N.,Blekman F.,Bols E. S.,Chhibra S. S.,D’Hondt J.,De Clercq J.,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.,Bilin B.,Brun H.,Clerbaux B.,De Lentdecker G.,Delannoy H.,Dorney B.,Favart L.,Grebenyuk A.,Kalsi A. K.,Luetic J.,Popov A.,Postiau N.,Starling E.,Thomas L.,Vander Velde C.,Vanlaer P.,Vannerom D.,Wang Q.,Cornelis T.,Dobur D.,Khvastunov I.,Roskas C.,Trocino D.,Tytgat M.,Verbeke W.,Vermassen B.,Vit M.,Zaganidis N.,Bondu O.,Bruno G.,Caputo C.,David P.,Delaere C.,Delcourt M.,Giammanco A.,Lemaitre V.,Magitteri A.,Prisciandaro J.,Saggio A.,Vidal Marono M.,Vischia P.,Zobec J.,Alves F. L.,Alves G. A.,Correia Silva G.,Hensel C.,Moraes A.,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.,De Oliveira Martins C.,Fonseca De Souza S.,Huertas Guativa L. M.,Malbouisson H.,Martins J.,Matos Figueiredo D.,Medina Jaime M.,Melo De Almeida M.,Mora Herrera C.,Mundim L.,Nogima H.,Prado Da Silva W. L.,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.,Calligaris L.,Fernandez Perez Tomei T. R.,Gregores E. M.,Lemos D. S.,Mercadante P. G.,Novaes S. F.,Padula SandraS.,Aleksandrov A.,Antchev G.,Hadjiiska R.,Iaydjiev P.,Marinov A.,Misheva M.,Rodozov M.,Shopova M.,Sultanov G.,Bonchev M.,Dimitrov A.,Ivanov T.,Litov L.,Pavlov B.,Petkov P.,Fang W.,Gao X.,Yuan L.,Ahmad M.,Chen G. M.,Chen H. S.,Chen M.,Jiang C. H.,Leggat D.,Liao H.,Liu Z.,Shaheen S. M.,Spiezia A.,Tao J.,Yazgan E.,Zhang H.,Zhang S.,Zhao J.,Agapitos A.,Ban Y.,Chen G.,Levin A.,Li J.,Li L.,Li Q.,Mao Y.,Qian S. J.,Wang D.,Hu Z.,Wang Y.,Avila C.,Cabrera A.,Chaparro Sierra L. F.,Florez C.,González Hernández C. F.,Segura Delgado M. A.,Mejia Guisao J.,Ruiz Alvarez J. D.,Salazar González C. A.,Vanegas Arbelaez N.,Giljanović D.,Godinovic N.,Lelas D.,Puljak I.,Sculac T.,Antunovic Z.,Kovac M.,Brigljevic V.,Ceci S.,Ferencek D.,Kadija K.,Mesic B.,Roguljic M.,Starodumov A.,Susa T.,Ather M. W.,Attikis A.,Erodotou E.,Ioannou A.,Kolosova M.,Konstantinou S.,Mavromanolakis G.,Mousa J.,Nicolaou C.,Ptochos F.,Razis P. A.,Rykaczewski H.,Tsiakkouri D.,Finger M.,Finger M.,Kveton A.,Tomsa J.,Ayala E.,Carrera Jarrin E.,Elgammal S.,Ellithi Kamel A.,Bhowmik S.,Carvalho Antunes De Oliveira A.,Dewanjee R. K.,Ehataht K.,Kadastik M.,Raidal M.,Veelken C.,Eerola P.,Forthomme L.,Kirschenmann H.,Osterberg K.,Voutilainen M.,Garcia F.,Havukainen J.,Heikkilä J. K.,Järvinen T.,Karimäki V.,Kinnunen R.,Lampén T.,Lassila-Perini K.,Laurila S.,Lehti S.,Lindén T.,Luukka P.,Mäenpää T.,Siikonen H.,Tuominen E.,Tuominiemi J.,Tuuva T.,Besancon M.,Couderc F.,Dejardin M.,Denegri D.,Fabbro B.,Faure J. L.,Ferri F.,Ganjour S.,Givernaud A.,Gras P.,Hamel de Monchenault G.,Jarry P.,Leloup C.,Locci E.,Malcles J.,Rander J.,Rosowsky A.,Sahin M. Ö.,Savoy-Navarro A.,Titov M.,Amendola C.,Beaudette F.,Busson P.,Charlot C.,Diab B.,Granier de Cassagnac R.,Kucher I.,Lobanov A.,Martin Perez C.,Nguyen M.,Ochando C.,Paganini P.,Rembser J.,Salerno R.,Sauvan J. 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K.,Pitzl D.,Raspereza A.,Saibel A.,Savitskyi M.,Scheurer V.,Schütze P.,Schwanenberger C.,Shevchenko R.,Singh A.,Tholen H.,Turkot O.,Vagnerini A.,Van De Klundert M.,Van Onsem G. P.,Walsh R.,Wen Y.,Wichmann K.,Wissing C.,Zenaiev O.,Zlebcik R.,Aggleton R.,Bein S.,Benato L.,Benecke A.,Blobel V.,Dreyer T.,Ebrahimi A.,Fröhlich A.,Garbers C.,Garutti E.,Gonzalez D.,Gunnellini P.,Haller J.,Hinzmann A.,Karavdina A.,Kasieczka G.,Klanner R.,Kogler R.,Kovalchuk N.,Kurz S.,Kutzner V.,Lange J.,Lange T.,Malara A.,Marconi D.,Multhaup J.,Niedziela M.,Niemeyer C. E. N.,Nowatschin D.,Perieanu A.,Reimers A.,Rieger O.,Scharf C.,Schleper P.,Schumann S.,Schwandt J.,Sonneveld J.,Stadie H.,Steinbrück G.,Stober F. M.,Stöver M.,Vormwald B.,Zoi I.,Akbiyik M.,Barth C.,Baselga M.,Baur S.,Berger T.,Butz E.,Caspart R.,Chwalek T.,De Boer W.,Dierlamm A.,El Morabit K.,Faltermann N.,Giffels M.,Goldenzweig P.,Gottmann A.,Harrendorf M. A.,Hartmann F.,Husemann U.,Kudella S.,Mitra S.,Mozer M. U.,Müller Th.,Musich M.,Nürnberg A.,Quast G.,Rabbertz K.,Schröder M.,Shvetsov I.,Simonis H. J.,Ulrich R.,Weber M.,Wöhrmann C.,Wolf R.,Anagnostou G.,Asenov P.,Daskalakis G.,Geralis T.,Kyriakis A.,Loukas D.,Paspalaki G.,Diamantopoulou M.,Karathanasis G.,Kontaxakis P.,Panagiotou A.,Papavergou I.,Saoulidou N.,Stakia A.,Theofilatos K.,Vellidis K.,Bakas G.,Kousouris K.,Papakrivopoulos I.,Tsipolitis G.,Evangelou I.,Foudas C.,Gianneios P.,Katsoulis P.,Kokkas P.,Mallios S.,Manitara K.,Manthos N.,Papadopoulos I.,Strologas J.,Triantis F. A.,Tsitsonis D.,Bartók M.,Csanad M.,Major P.,Mandal K.,Mehta A.,Nagy M. I.,Pasztor G.,Surányi O.,Veres G. I.,Bencze G.,Hajdu C.,Horvath D.,Sikler F.,Vámi T. Á.,Veszpremi V.,Vesztergombi G.,Beni N.,Czellar S.,Karancsi J.,Makovec A.,Molnar J.,Szillasi Z.,Raics P.,Teyssier D.,Trocsanyi Z. L.,Ujvari B.,Csorgo T. F.,Metzger W. J.,Nemes F.,Novak T.,Choudhury S.,Komaragiri J. R.,Tiwari P. C.,Bahinipati S.,Kar C.,Kole G.,Mal P.,Muraleedharan Nair Bindhu V. K.,Nayak A.,Sahoo D. K.,Swain S. K.,Bansal S.,Beri S. B.,Bhatnagar V.,Chauhan S.,Chawla R.,Dhingra N.,Gupta R.,Kaur A.,Kaur M.,Kaur S.,Kumari P.,Lohan M.,Meena M.,Sandeep K.,Sharma S.,Singh J. B.,Bhardwaj A.,Choudhary B. C.,Garg R. B.,Gola M.,Keshri S.,Kumar Ashok,Malhotra S.,Naimuddin M.,Priyanka P.,Ranjan K.,Shah Aashaq,Sharma R.,Bhardwaj R.,Bharti M.,Bhattacharya R.,Bhattacharya S.,Bhawandeep U.,Bhowmik D.,Dey S.,Dutta S.,Ghosh S.,Maity M.,Mondal K.,Nandan S.,Purohit A.,Rout P. K.,Roy A.,Saha G.,Sarkar S.,Sarkar T.,Sharan M.,Singh B.,Thakur S.,Behera P. K.,Kalbhor P.,Muhammad A.,Pujahari P. R.,Sharma A.,Sikdar A. K.,Chudasama R.,Dutta D.,Jha V.,Kumar V.,Mishra D. K.,Netrakanti P. K.,Pant L. M.,Shukla P.,Aziz T.,Bhat M. A.,Dugad S.,Mohanty G. B.,Sur N.,Verma RavindraKumar,Banerjee S.,Bhattacharya S.,Chatterjee S.,Das P.,Guchait M.,Karmakar S.,Kumar S.,Majumder G.,Mazumdar K.,Sahoo N.,Sawant S.,Chauhan S.,Dube S.,Hegde V.,Kapoor A.,Kothekar K.,Pandey S.,Rane A.,Rastogi A.,Sharma S.,Chenarani S.,Eskandari Tadavani E.,Etesami S. M.,Khakzad M.,Mohammadi Najafabadi M.,Naseri M.,Rezaei Hosseinabadi F.,Felcini M.,Grunewald M.,Abbrescia M.,Aly R.,Calabria C.,Colaleo A.,Creanza D.,Cristella L.,De Filippis N.,De Palma M.,Di Florio A.,Fiore L.,Gelmi A.,Iaselli G.,Ince M.,Lezki S.,Maggi G.,Maggi M.,Miniello G.,My S.,Nuzzo S.,Pompili A.,Pugliese G.,Radogna R.,Ranieri A.,Selvaggi G.,Silvestris L.,Venditti R.,Verwilligen P.,Abbiendi G.,Battilana C.,Bonacorsi D.,Borgonovi L.,Braibant-Giacomelli S.,Campanini R.,Capiluppi P.,Castro A.,Cavallo F. R.,Ciocca C.,Codispoti G.,Cuffiani M.,Dallavalle G. M.,Fabbri F.,Fanfani A.,Fontanesi E.,Giacomelli P.,Grandi C.,Guiducci L.,Iemmi F.,Lo Meo S.,Marcellini S.,Masetti G.,Navarria F. 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G.,Cavallari F.,Cipriani M.,Del Re D.,Di Marco E.,Diemoz M.,Longo E.,Marzocchi B.,Meridiani P.,Organtini G.,Pandolfi F.,Paramatti R.,Quaranta C.,Rahatlou S.,Rovelli C.,Santanastasio F.,Soffi L.,Amapane N.,Arcidiacono R.,Argiro S.,Arneodo M.,Bartosik N.,Bellan R.,Biino C.,Cappati A.,Cartiglia N.,Cometti S.,Costa M.,Covarelli R.,Demaria N.,Kiani B.,Mariotti C.,Maselli S.,Migliore E.,Monaco V.,Monteil E.,Monteno M.,Obertino M. M.,Pacher L.,Pastrone N.,Pelliccioni M.,Pinna Angioni G. L.,Romero A.,Ruspa M.,Sacchi R.,Salvatico R.,Shchelina K.,Sola V.,Solano A.,Soldi D.,Staiano A.,Belforte S.,Candelise V.,Casarsa M.,Cossutti F.,Da Rold A.,Della Ricca G.,Vazzoler F.,Zanetti A.,Kim B.,Kim D. H.,Kim G. N.,Kim M. S.,Lee J.,Lee S. W.,Moon C. S.,Oh Y. D.,Pak S. I.,Sekmen S.,Son D. C.,Yang Y. C.,Kim H.,Moon D. H.,Oh G.,Francois B.,Kim T. J.,Park J.,Cho S.,Choi S.,Go Y.,Gyun D.,Ha S.,Hong B.,Lee K.,Lee K. S.,Lim J.,Park J.,Park S. K.,Roh Y.,Goh J.,Kim H. S.,Almond J.,Bhyun J. H.,Choi J.,Jeon S.,Kim J.,Kim J. S.,Lee H.,Lee K.,Lee S.,Nam K.,Oh S. B.,Radburn-Smith B. C.,Seo S. h.,Yang U. K.,Yoo H. D.,Yoon I.,Yu G. B.,Jeon D.,Kim H.,Kim J. H.,Lee J. S. H.,Park I. C.,Watson I.,Choi Y.,Hwang C.,Jeong Y.,Lee J.,Lee Y.,Yu I.,Veckalns V.,Dudenas V.,Juodagalvis A.,Vaitkus J.,Ibrahim Z. A.,Mohamad Idris F.,Wan Abdullah W. A. T.,Yusli M. N.,Zolkapli Z.,Benitez J. F.,Castaneda Hernandez A.,Murillo Quijada J. A.,Valencia Palomo L.,Castilla-Valdez H.,De La Cruz-Burelo E.,Heredia-De La Cruz I.,Lopez-Fernandez R.,Sanchez-Hernandez A.,Carrillo Moreno S.,Oropeza Barrera C.,Ramirez-Garcia M.,Vazquez Valencia F.,Eysermans J.,Pedraza I.,Salazar Ibarguen H. A.,Uribe Estrada C.,Morelos Pineda A.,Raicevic N.,Krofcheck D.,Bheesette S.,Butler P. H.,Ahmad A.,Ahmad M.,Hassan Q.,Hoorani H. R.,Khan W. A.,Qazi S.,Shah M. A.,Waqas M.,Avati V.,Grzanka L.,Malawski M.,Bialkowska H.,Bluj M.,Boimska B.,Górski M.,Kazana M.,Szleper M.,Zalewski P.,Bunkowski K.,Byszuk A.,Doroba K.,Kalinowski A.,Konecki M.,Krolikowski J.,Misiura M.,Olszewski M.,Pyskir A.,Walczak M.,Araujo M.,Bargassa P.,Bastos D.,Di Francesco A.,Faccioli P.,Galinhas B.,Gallinaro M.,Hollar J.,Leonardo N.,Seixas J.,Strong G.,Toldaiev O.,Varela J.,Alexakhin V.,Bunin P.,Ershov Y.,Golutvin I.,Gorbounov N.,Kamenev A.,Karjavine V.,Korenkov V.,Lanev A.,Malakhov A.,Matveev V.,Moisenz P.,Palichik V.,Perelygin V.,Savina M.,Shmatov S.,Shulha S.,Voytishin N.,Yuldashev B. S.,Zarubin A.,Chtchipounov L.,Golovtsov V.,Ivanov Y.,Kim V.,Kuznetsova E.,Levchenko P.,Murzin V.,Oreshkin V.,Smirnov I.,Sosnov D.,Sulimov V.,Uvarov L.,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.,Nikitenko A.,Popov V.,Pozdnyakov I.,Safronov G.,Spiridonov A.,Stepennov A.,Toms M.,Vlasov E.,Zhokin A.,Aushev T.,Chadeeva M.,Parygin P.,Philippov D.,Popova E.,Rusinov V.,Andreev V.,Azarkin M.,Dremin I.,Kirakosyan M.,Terkulov A.,Baskakov A.,Belyaev A.,Boos E.,Bunichev V.,Dubinin M.,Dudko L.,Ershov A.,Gribushin A.,Klyukhin V.,Kodolova O.,Lokhtin I.,Obraztsov S.,Savrin V.,Barnyakov A.,Blinov V.,Dimova T.,Kardapoltsev L.,Skovpen Y.,Azhgirey I.,Bayshev I.,Bitioukov S.,Kachanov V.,Konstantinov D.,Mandrik P.,Petrov V.,Ryutin R.,Slabospitskii S.,Sobol A.,Troshin S.,Tyurin N.,Uzunian A.,Volkov A.,Babaev A.,Iuzhakov A.,Okhotnikov V.,Borchsh V.,Ivanchenko V.,Tcherniaev E.,Adzic P.,Cirkovic P.,Devetak D.,Dordevic M.,Milenovic P.,Milosevic J.,Stojanovic M.,Aguilar-Benitez M.,Alcaraz Maestre J.,Álvarez Fernández A.,Bachiller I.,Barrio Luna M.,Brochero Cifuentes J. A.,Carrillo Montoya C. A.,Cepeda M.,Cerrada M.,Colino N.,De La Cruz B.,Delgado Peris A.,Fernandez Bedoya C.,Fernández Ramos J. P.,Flix J.,Fouz M. C.,Gonzalez Lopez O.,Goy Lopez S.,Hernandez J. M.,Josa M. I.,Moran D.,Navarro Tobar Á.,Pérez-Calero Yzquierdo A.,Puerta Pelayo J.,Redondo I.,Romero L.,Sánchez Navas S.,Soares M. S.,Triossi A.,Willmott C.,Albajar C.,de Trocóniz J. F.,Alvarez Gonzalez B.,Cuevas J.,Erice C.,Fernandez Menendez J.,Folgueras S.,Gonzalez Caballero I.,González Fernández J. R.,Palencia Cortezon E.,Rodríguez Bouza V.,Sanchez Cruz S.,Cabrillo I. J.,Calderon A.,Chazin Quero B.,Duarte Campderros J.,Fernandez M.,Fernández Manteca P. J.,García Alonso A.,Gomez G.,Martinez Rivero C.,Martinez Ruiz del Arbol P.,Matorras F.,Piedra Gomez J.,Prieels C.,Rodrigo T.,Ruiz-Jimeno A.,Russo L.,Scodellaro L.,Trevisani N.,Vila I.,Vizan Garcia J. M.,Malagalage K.,Dharmaratna W. G. D.,Wickramage N.,Abbaneo D.,Akgun B.,Auffray E.,Auzinger G.,Baechler J.,Baillon P.,Ball A. H.,Barney D.,Bendavid J.,Bianco M.,Bocci A.,Bossini E.,Botta C.,Brondolin E.,Camporesi T.,Caratelli A.,Cerminara G.,Chapon E.,Cucciati G.,d’Enterria D.,Dabrowski A.,Daci N.,Daponte V.,David A.,Davignon O.,De Roeck A.,Deelen N.,Deile M.,Dobson M.,Dünser M.,Dupont N.,Elliott-Peisert A.,Fallavollita F.,Fasanella D.,Franzoni G.,Fulcher J.,Funk W.,Giani S.,Gigi D.,Gilbert A.,Gill K.,Glege F.,Gruchala M.,Guilbaud M.,Gulhan D.,Hegeman J.,Heidegger C.,Iiyama Y.,Innocente V.,Janot P.,Karacheban O.,Kaspar J.,Kieseler J.,Krammer M.,Lange C.,Lecoq P.,Lourenço C.,Malgeri L.,Mannelli M.,Massironi A.,Meijers F.,Merlin J. A.,Mersi S.,Meschi E.,Moortgat F.,Mulders M.,Ngadiuba J.,Nourbakhsh S.,Orfanelli S.,Orsini L.,Pantaleo F.,Pape L.,Perez E.,Peruzzi M.,Petrilli A.,Petrucciani G.,Pfeiffer A.,Pierini M.,Pitters F. M.,Quinto M.,Rabady D.,Racz A.,Rovere M.,Sakulin H.,Schäfer C.,Schwick C.,Selvaggi M.,Sharma A.,Silva P.,Snoeys W.,Sphicas P.,Steggemann J.,Tavolaro V. 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H.,Hou W.-S.,Li Y. y.,Lu R.-S.,Paganis E.,Psallidas A.,Steen A.,Asavapibhop B.,Srimanobhas N.,Suwonjandee N.,Bakirci M. N.,Bat A.,Boran F.,Cerci S.,Damarseckin S.,Demiroglu Z. S.,Dolek F.,Dozen C.,Dumanoglu I.,Eskut E.,Gokbulut G.,Guler Y.,Hos I.,Isik C.,Kangal E. E.,Kara O.,Kayis Topaksu A.,Kiminsu U.,Oglakci M.,Onengut G.,Ozdemir K.,Ozturk S.,Simsek A. E.,Tok U. G.,Turkcapar S.,Zorbakir I. S.,Zorbilmez C.,Isildak B.,Karapinar G.,Yalvac M.,Atakisi I. O.,Gülmez E.,Kaya M.,Kaya O.,Kaynak B.,Özçelik Ö.,Ozkorucuklu S.,Tekten S.,Yetkin E. A.,Cakir A.,Cankocak K.,Komurcu Y.,Sen S.,Grynyov B.,Levchuk L.,Ball F.,Bhal E.,Bologna S.,Brooke J. J.,Burns D.,Clement E.,Cussans D.,Flacher H.,Goldstein J.,Heath G. P.,Heath H. F.,Kreczko L.,Paramesvaran S.,Penning B.,Sakuma T.,Seif El Nasr-Storey S.,Smith D.,Smith V. J.,Taylor J.,Titterton A.,Bell K. W.,Belyaev A.,Brew C.,Brown R. M.,Cieri D.,Cockerill D. J. A.,Coughlan J. A.,Harder K.,Harper S.,Linacre J.,Manolopoulos K.,Newbold D. 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Abstract

Abstract A search for dark matter (DM) particles is performed using events with a Higgs boson candidate and large missing transverse momentum. The analysis is based on proton- proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV collected by the CMS experiment at the LHC in 2016, corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb1. The search is performed in five Higgs boson decay channels: $$ \mathrm{h}\to \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ h b b ¯ , γγ, τ+τ, W+W, and ZZ. The results from the individual channels are combined to maximize the sensitivity of the analysis. No significant excess over the expected standard model background is observed in any of the five channels or in their combination. Limits are set on DM production in the context of two simplified models. The results are also interpreted in terms of a spin-independent DM-nucleon scattering cross section and compared to those from direct-detection DM experiments. This is the first search for DM particles produced in association with a Higgs boson decaying to a pair of W or Z bosons, and the first statistical combination based on five Higgs boson decay channels.

Publisher

Springer Science and Business Media LLC

Subject

Nuclear and High Energy Physics

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