Mono-Higgs-boson: A new collider probe of dark matter

被引：99

作者：

Carpenter, Linda ^{[1
]}

DiFranzo, Anthony ^{[2
]}

Mulhearn, Michael ^{[3
]}

Shimmin, Chase ^{[2
]}

Tulin, Sean ^{[4
]}

Whiteson, Daniel ^{[2
]}

机构：

[1] Ohio State Univ, Dept Phys & Astron, Columbus, OH 43210 USA

[2] Univ Calif Irvine, Dept Phys & Astron, Irvine, CA 92697 USA

[3] Univ Calif Davis, Dept Phys, Davis, CA 95616 USA

[4] Univ Michigan, Dept Phys & Astron, Ann Arbor, MI 48109 USA

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2014年 / 89卷 / 07期

关键词：

PAIR PRODUCTION; ATLAS DETECTOR; GAUGE; MODEL;

D O I：

10.1103/PhysRevD.89.075017

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

We explore the Large Hadron Collider (LHC) phenomenology of dark matter (DM) pair production in association with a 125-GeV Higgs boson. This signature, dubbed "mono-Higgs," appears as a single Higgs boson plus missing energy from DM particles escaping the detector. We perform an LHC background study for mono-Higgs signals at root s = 8 and 14 TeV for four Higgs boson decay channels: gamma gamma, bb, ZZ* -> 4l, and lljj. We estimate the LHC sensitivities to a variety of new physics scenarios within the frameworks of both effective operators and simplified models. For all of these scenarios, the.. channel provides the best sensitivity, whereas the b (b) over bar channel suffers from a large t (t) over bar background. Mono-Higgs is unlike other mono-X searches (X jet, photon, etc.) since the Higgs boson is unlikely to be radiated as initial state radiation and therefore probes the underlying DM vertex directly.

引用

页数：24

共 65 条

[1] Search for Dark Matter in Events with a Hadronically Decaying W or Z Boson and Missing Transverse Momentum in pp Collisions at √s=8 TeV with the ATLAS Detector [J].

Aad, G. ;

Abajyan, T. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Khalek, S. Abdel ;

Abdinov, O. ;

Aben, R. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

AbouZeid, O. S. ;

Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

Abulaiti, Y. ;

Acharya, B. S. ;

Adamczyk, L. ;

Adams, D. L. ;

Addy, T. N. ;

Adelman, J. ;

Adomeit, S. ;

Adye, T. ;

Aefsky, S. ;

Agatonovic-Jovin, T. ;

Aguilar-Saavedra, J. A. ;

Agustoni, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahmad, A. ;

Ahmadov, F. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akesson, T. P. ;

Akimoto, G. ;

Akimov, A. V. ;

Alam, M. A. ;

Albert, J. ;

Albrand, S. ;

Alconada Verzini, M. J. ;

Aleksa, M. ;

Aleksandrov, I. N. ;

Alessandria, F. ;

Alexa, C. ;

Alexander, G. ;

Alexandre, G. ;

Alexopoulos, T. ;

Alhroob, M. ;

Aliev, M. ;

Alimonti, G. ;

Alio, L. ;

Alison, J. ;

Allbrooke, B. M. M. ;

Allison, L. J. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (04)

[2] Measurements of Higgs boson production and couplings in diboson final states with the ATLAS detector at the LHC [J].

Aad, G. ;

Abajyan, T. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Khalek, S. Abdel ;

Abdinov, O. ;

Aben, R. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

AbouZeid, O. S. ;

Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

Abulaiti, Y. ;

Acharya, B. S. ;

Adamczyk, L. ;

Adams, D. L. ;

Addy, T. N. ;

Adelman, J. ;

Adomeit, S. ;

Adye, T. ;

Aefsky, S. ;

Agatonovic-Jovin, T. ;

Aguilar-Saavedra, J. A. ;

Agustoni, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahmad, A. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akesson, T. P. A. ;

Akimoto, G. ;

Akimov, A. V. ;

Alam, M. A. ;

Albert, J. ;

Albrand, S. ;

Alconada Verzini, M. J. ;

Aleksa, M. ;

Aleksandrov, I. N. ;

Alessandria, F. ;

Alexa, C. ;

Alexander, G. ;

Alexandre, G. ;

Alexopoulos, T. ;

Alhroob, M. ;

Aliev, M. ;

Alimonti, G. ;

Alio, L. ;

Alison, J. ;

Allbrooke, B. M. M. ;

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Allport, P. P. .

PHYSICS LETTERS B, 2013, 726 (1-3) :88-119

[3] Search for Dark Matter Candidates and Large Extra Dimensions in Events with a Photon and Missing Transverse Momentum in pp Collision Data at √s=7 TeV with the ATLAS Detector [J].

Aad, G. ;

Abajyan, T. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Khalek, S. Abdel ;

Abdelalim, A. A. ;

Abdinov, O. ;

Aben, R. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

AbouZeid, O. S. ;

Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

Acharyaa, B. S. ;

Adamczyk, L. ;

Adams, D. L. ;

Addy, T. N. ;

Adelman, J. ;

Adomeit, S. ;

Adragna, P. ;

Adye, T. ;

Aefsky, S. ;

Aguilar-Saavedrab, J. A. ;

Agustoni, M. ;

Aharrouche, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahles, F. ;

Ahmad, A. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akdogana, T. ;

Akesson, T. P. A. ;

Akimoto, G. ;

Akimov, A. V. ;

Alam, M. S. ;

Alam, M. A. ;

Albert, J. ;

Albrand, S. ;

Aleksa, M. ;

Aleksandrov, I. N. ;

Alessandriaa, F. ;

Alexaa, C. ;

Alexander, G. ;

Alexandre, G. ;

Alexopoulos, T. ;

Alhrooba, M. ;

Aliev, M. ;

Alimontia, G. ;

Alison, J. ;

Allbrooke, B. M. M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (01)

[4] Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC [J].

Aad, G. ;

Abajyan, T. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Khalek, S. Abdel ;

Abdelalim, A. A. ;

Abdinov, O. ;

Aben, R. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

AbouZeid, U. S. ;

Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

Acharya, B. S. ;

Adamczyk, L. ;

Adams, D. L. ;

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Adomeit, S. ;

Adragna, P. ;

Adye, T. ;

Aefsky, S. ;

Aguilar-Saavedra, J. A. ;

Agustoni, M. ;

Aharrouche, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahles, F. ;

Ahmad, A. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akdogan, T. ;

Akesson, T. P. A. ;

Akimoto, G. ;

Akimov, A. V. ;

Alam, M. S. ;

Alam, M. A. ;

Albert, J. ;

Albrand, S. ;

Aleksa, M. ;

Aleksandrov, I. N. ;

Alessandria, F. ;

Alexa, C. ;

Alexander, G. ;

Alexandre, G. ;

Alexopoulos, T. ;

Alhroob, M. ;

Aliev, M. ;

Alimonti, G. ;

Alison, J. ;

Allbrooke, B. M. M. .

PHYSICS LETTERS B, 2012, 716 (01) :1-29

[5] Search for new phenomena with the monojet and missing transverse momentum signature using the ATLAS detector in √s=7 TeV proton-proton collisions [J].

Aad, G. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Abdelalim, A. A. ;

Abdesselam, A. ;

Abdinov, O. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

Acerbi, E. ;

Acharya, B. S. ;

Adams, D. L. ;

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Aderholz, M. ;

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Adragna, P. ;

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Aguilar-Saavedra, J. A. ;

Aharrouche, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahles, F. ;

Ahmad, A. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akdogan, T. ;

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Alam, M. S. ;

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Alimonti, G. ;

Alison, J. ;

Aliyev, M. ;

Allport, P. P. ;

Allwood-Spiers, S. E. .

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[6] Measurement of the isolated diphoton cross section in pp collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector [J].

Aad, G. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Abdelalim, A. A. ;

Abdesselam, A. ;

Abdinov, O. ;

Abi, B. ;

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Abreu, H. ;

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Aliyev, M. ;

Allport, P. P. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2012, 85 (01)

[7] Warped unification, proton stability, and dark matter [J].

Agashe, K ;

Servant, G .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2004, 93 (23)

[8] First Results from the LUX Dark Matter Experiment at the Sanford Underground Research Facility [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Bedikian, S. ;

Bernard, E. ;

Bernstein, A. ;

Bolozdynya, A. ;

Bradley, A. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

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Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Clark, K. ;

Coffey, T. ;

Currie, A. ;

Curioni, A. ;

Dazeley, S. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. ;

Dragowsky, E. M. ;

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Edwards, B. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Flores, C. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. ;

Hanhardt, M. ;

Hertel, S. A. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Kastens, L. ;

Kazkaz, K. ;

Knoche, R. ;

Kyre, S. ;

Lander, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (09)

[9] Simplified models for LHC new physics searches [J].

Alves, Daniele ;

Arkani-Hamed, Nima ;

Arora, Sanjay ;

Bai, Yang ;

Baumgart, Matthew ;

Berger, Joshua ;

Buckley, Matthew ;

Butler, Bart ;

Chang, Spencer ;

Cheng, Hsin-Chia ;

Cheung, Clifford ;

Chivukula, R. Sekhar ;

Cho, Won Sang ;

Cotta, Randy ;

D'Alfonso, Mariarosaria ;

El Hedri, Sonia ;

Essig, Rouven ;

Evans, Jared A. ;

Fitzpatrick, Liam ;

Fox, Patrick ;

Franceschini, Roberto ;

Freitas, Ayres ;

Gainer, James S. ;

Gershtein, Yuri ;

Gray, Richard ;

Gregoire, Thomas ;

Gripaios, Ben ;

Gunion, Jack ;

Han, Tao ;

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Kaplan, Jared ;

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Liu, Tao ;

Liu, Zhen ;

Lu, Ran ;

Luty, Markus .

JOURNAL OF PHYSICS G-NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS, 2012, 39 (10)

[10] MadGraph 5: going beyond [J].

Alwall, Johan ;

Herquet, Michel ;

Maltoni, Fabio ;

Mattelaer, Olivier ;

Stelzer, Tim .

JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS, 2011, (06)

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共 65 条

[1] Search for Dark Matter in Events with a Hadronically Decaying W or Z Boson and Missing Transverse Momentum in pp Collisions at √s=8 TeV with the ATLAS Detector [J].

Aad, G. ;

Abajyan, T. ;

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Khalek, S. Abdel ;

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Abulaiti, Y. ;

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Alio, L. ;

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[2] Measurements of Higgs boson production and couplings in diboson final states with the ATLAS detector at the LHC [J].

Aad, G. ;

Abajyan, T. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Khalek, S. Abdel ;

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Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

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Adamczyk, L. ;

Adams, D. L. ;

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[3] Search for Dark Matter Candidates and Large Extra Dimensions in Events with a Photon and Missing Transverse Momentum in pp Collision Data at √s=7 TeV with the ATLAS Detector [J].

Aad, G. ;

Abajyan, T. ;

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Addy, T. N. ;

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Adomeit, S. ;

Adragna, P. ;

Adye, T. ;

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Agustoni, M. ;

Aharrouche, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahles, F. ;

Ahmad, A. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

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Aleksa, M. ;

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Aliev, M. ;

Alimontia, G. ;

Alison, J. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (01)

[4] Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC [J].

Aad, G. ;

Abajyan, T. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Khalek, S. Abdel ;

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Abdinov, O. ;

Aben, R. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

AbouZeid, U. S. ;

Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

Acharya, B. S. ;

Adamczyk, L. ;

Adams, D. L. ;

Addy, T. N. ;

Adelman, J. ;

Adomeit, S. ;

Adragna, P. ;

Adye, T. ;

Aefsky, S. ;

Aguilar-Saavedra, J. A. ;

Agustoni, M. ;

Aharrouche, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahles, F. ;

Ahmad, A. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akdogan, T. ;

Akesson, T. P. A. ;

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PHYSICS LETTERS B, 2012, 716 (01) :1-29

[5] Search for new phenomena with the monojet and missing transverse momentum signature using the ATLAS detector in √s=7 TeV proton-proton collisions [J].

Aad, G. ;

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Abdallah, J. ;

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Abdesselam, A. ;

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[6] Measurement of the isolated diphoton cross section in pp collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector [J].

Aad, G. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Abdelalim, A. A. ;

Abdesselam, A. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2012, 85 (01)

[7] Warped unification, proton stability, and dark matter [J].

Agashe, K ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2004, 93 (23)

[8] First Results from the LUX Dark Matter Experiment at the Sanford Underground Research Facility [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

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[9] Simplified models for LHC new physics searches [J].

Alves, Daniele ;

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Gunion, Jack ;

Han, Tao ;

Haas, Andy ;

Hansson, Per ;

Hewett, JoAnne ;

Hits, Dmitry ;

Hubisz, Jay ;

Izaguirre, Eder ;

Kaplan, Jared ;

Katz, Emanuel ;

Kilic, Can ;

Kim, Hyung-Do ;

Kitano, Ryuichiro ;

Koay, Sue Ann ;

Ko, Pyungwon ;

Krohn, David ;

Kuflik, Eric ;

Lewis, Ian ;

Lisanti, Mariangela ;

Liu, Tao ;

Liu, Zhen ;

Lu, Ran ;

Luty, Markus .

JOURNAL OF PHYSICS G-NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS, 2012, 39 (10)

[10] MadGraph 5: going beyond [J].

Alwall, Johan ;

Herquet, Michel ;

Maltoni, Fabio ;

Mattelaer, Olivier ;

Stelzer, Tim .

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