Search for dark QCD with emerging jets in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV

Author:

,Hayrapetyan A.,Tumasyan A.,Adam W.,Andrejkovic J. W.,Bergauer T.,Chatterjee S.,Damanakis K.,Dragicevic M.,Hussain P. S.,Jeitler M.,Krammer N.,Li A.,Liko D.,Mikulec I.,Schieck J.,Schöfbeck R.,Schwarz D.,Sonawane M.,Templ S.,Waltenberger W.,Wulz C.-E.,Darwish M. R.,Janssen T.,Van Mechelen P.,Breugelmans N.,D’Hondt J.,Dansana S.,De Moor A.,Delcourt M.,Heyen F.,Lowette S.,Makarenko I.,Müller D.,Tavernier S.,Tytgat M.,Van Onsem G. P.,Van Putte S.,Vannerom D.,Clerbaux B.,Das A. K.,De Lentdecker G.,Evard H.,Favart L.,Gianneios P.,Hohov D.,Jaramillo J.,Khalilzadeh A.,Khan F. A.,Lee K.,Mahdavikhorrami M.,Malara A.,Paredes S.,Thomas L.,Vanden Bemden M.,Vander Velde C.,Vanlaer P.,De Coen M.,Dobur D.,Gokbulut G.,Hong Y.,Knolle J.,Lambrecht L.,Marckx D.,Mestdach G.,Mota Amarilo K.,Rendón C.,Samalan A.,Skovpen K.,Van Den Bossche N.,van der Linden J.,Wezenbeek L.,Benecke A.,Bethani A.,Bruno G.,Caputo C.,De Favereau De Jeneret J.,Delaere C.,Donertas I. S.,Giammanco A.,Guzel A. O.,Jain Sa.,Lemaitre V.,Lidrych J.,Mastrapasqua P.,Tran T. T.,Wertz S.,Alves G. A.,Coelho E.,Hensel C.,Menezes De Oliveira T.,Moraes A.,Rebello Teles P.,Soeiro M.,Vilela Pereira A.,Aldá Júnior W. L.,Alves Gallo Pereira M.,Barroso Ferreira Filho M.,Brandao Malbouisson H.,Carvalho W.,Chinellato J.,Da Costa E. M.,Da Silveira G. G.,De Jesus Damiao D.,Fonseca De Souza S.,Gomes De Souza R.,Macedo M.,Martins J.,Mora Herrera C.,Mundim L.,Nogima H.,Pinheiro J. P.,Santoro A.,Sznajder A.,Thiel M.,Bernardes C. A.,Calligaris L.,Fernandez Perez Tomei T. R.,Gregores E. M.,Maietto Silverio I.,Mercadante P. G.,Novaes S. F.,Orzari B.,Padula Sandra S.,Aleksandrov A.,Antchev G.,Hadjiiska R.,Iaydjiev P.,Misheva M.,Shopova M.,Sultanov G.,Dimitrov A.,Litov L.,Pavlov B.,Petkov P.,Petrov A.,Shumka E.,Keshri S.,Thakur S.,Cheng T.,Javaid T.,Yuan L.,Hu Z.,Liang Z.,Liu J.,Yi K.,Chen G. M.,Chen H. S.,Chen M.,Iemmi F.,Jiang C. H.,Kapoor A.,Liao H.,Liu Z.-A.,Sharma R.,Song J. N.,Tao J.,Wang C.,Wang J.,Wang Z.,Zhang H.,Zhao J.,Agapitos A.,Ban Y.,Deng S.,Guo B.,Jiang C.,Levin A.,Li C.,Li Q.,Mao Y.,Qian S.,Qian S. J.,Qin X.,Sun X.,Wang D.,Yang H.,Zhang L.,Zhao Y.,Zhou C.,Yang S.,You Z.,Jaffel K.,Lu N.,Bauer G.,Li B.,Zhang J.,Gao X.,Lin Z.,Lu C.,Xiao M.,Avila C.,Barbosa Trujillo D. A.,Cabrera A.,Florez C.,Fraga J.,Reyes Vega J. A.,Ramirez F.,Rodriguez M.,Ruales Barbosa A. A.,Ruiz Alvarez J. D.,Giljanovic D.,Godinovic N.,Lelas D.,Sculac A.,Kovac M.,Petkovic A.,Sculac T.,Bargassa P.,Brigljevic V.,Chitroda B. K.,Ferencek D.,Jakovcic K.,Mishra S.,Starodumov A.,Susa T.,Attikis A.,Christoforou K.,Hadjiagapiou A.,Leonidou C.,Mousa J.,Nicolaou C.,Paizanos L.,Ptochos F.,Razis P. A.,Rykaczewski H.,Saka H.,Stepennov A.,Finger M.,Finger M.,Kveton A.,Carrera Jarrin E.,Assran Y.,El-mahdy B.,Elgammal S.,Mahmoud M. 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S.,Zarubin A.,Zhizhin I.,Zhokin A.

Abstract

Abstract A search for “emerging jets” produced in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV is performed using data collected by the CMS experiment corresponding to an integrated luminosity of 138 fb1. This search examines a hypothetical dark quantum chromodynamics (QCD) sector that couples to the standard model (SM) through a scalar mediator. The scalar mediator decays into an SM quark and a dark sector quark. As the dark sector quark showers and hadronizes, it produces long-lived dark mesons that subsequently decay into SM particles, resulting in a jet, known as an emerging jet, with multiple displaced vertices. This search looks for pair production of the scalar mediator at the LHC, which yields events with two SM jets and two emerging jets at leading order. The results are interpreted using two dark sector models with different flavor structures, and exclude mediator masses up to 1950 (1950) GeV for an unflavored (flavor-aligned) dark QCD model. The unflavored results surpass a previous search for emerging jets by setting the most stringent mediator mass exclusion limits to date, while the flavor-aligned results provide the first direct mediator mass exclusion limits to date.

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