Journal Article PUBDB-2025-01716

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Dark sector searches with the CMS experiment

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2025
Elsevier Science, North-Holland Amsterdam [u.a.]

Physics reports 1115, 448 - 569 () [10.1016/j.physrep.2024.09.013]
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Report No.: CERN-EP-2024-106; CMS-EXO-23-005; arXiv:2405.13778

Abstract: Astrophysical observations provide compelling evidence for gravitationally interacting dark matter in the universe that cannot be explained by the standard model of particle physics. The extraordinary amount of data from the CERN LHC presents a unique opportunity to shed light on the nature of dark matter at unprecedented collision energies. This Report comprehensively reviews the most recent searches with the CMS experiment for particles and interactions belonging to a dark sector and for dark-sector mediators. Models with invisible massive particles are probed by searches for signatures of missing transverse momentum recoiling against visible standard model particles. Searches for mediators are also conducted via fully visible final states. The results of these searches are compared with those obtained from direct-detection experiments. Searches for alternative scenarios predicting more complex dark sectors with multiple new particles and new forces are also presented. Many of these models include long-lived particles, which could manifest themselves with striking unconventional signatures with relatively small amounts of background. Searches for such particles are discussed and their impact on dark-sector scenarios is evaluated. Many results and interpretations have been newly obtained for this Report.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; dark matter: interaction ; WIMP: dark matter ; transverse momentum: missing-energy ; gravitation: interaction ; particle: massive ; particle: long-lived ; photon: hidden sector ; mediation ; signature ; supersymmetry: parameter space ; Higgs particle: doublet ; dark matter: inelastic scattering ; CMS ; dark matter: direct detection ; CERN Lab ; new particle ; CERN LHC Coll ; background ; channel cross section: upper limit ; branching ratio: upper limit ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; mass dependence ; tracks ; track data analysis: vertex ; data analysis method ; experimental results ; 13000 GeV-cms ; CMS ; Dark matter ; Dark sectors ; BSM

Classification:

Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  3. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2025
Database coverage:
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