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Journal Article PUBDB-2025-03581
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Model-agnostic search for dijet resonances with anomalous jet substructure in proton–proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2025
IOP Publ. Bristol

Reports on progress in physics 88(6), 067802 () [10.1088/1361-6633/add762]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2024-291; CMS-EXO-22-026; arXiv:2412.03747

Abstract: This paper presents a model-agnostic search for narrow resonances in the dijet final state in the mass range 1.8–6 TeV. The signal is assumed to produce jets with substructure atypical of jets initiated by light quarks or gluons, with minimal additional assumptions. Search regions are obtained by utilizing multivariate machine-learning methods to select jets with anomalous substructure. A collection of complementary anomaly detection methods—based on unsupervised, weakly supervised, and semisupervised algorithms—are used in order to maximize the sensitivity to unknown new physics signatures. These algorithms are applied to data corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{−1}$, recorded by the CMS experiment at the LHC, at a center-of-mass energy of 13 TeV. No significant excesses above background expectations are seen. Exclusion limits are derived on the production cross section of benchmark signal models varying in resonance mass, jet mass, and jet substructure. Many of these signatures have not been previously sought, making several of the limits reported on the corresponding benchmark models the first ever. When compared to benchmark inclusive and substructure-based search strategies, the anomaly detection methods are found to significantly enhance the sensitivity to a variety of models.

Keyword(s): CMS ; ML ; anomaly ; dijet ; resonance

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)
  4. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2025
Database coverage:
Medline ; Creative Commons Attribution CC BY 4.0 ; OpenAccess ; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; Ebsco Academic Search ; Essential Science Indicators ; IF >= 15 ; JCR ; National-Konsortium ; SCOPUS ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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