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Search for new physics in the final state with a single photon and large missing transverse momentum in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-219; CMS-SUS-23-016; arXiv:2511.17310

Abstract: A search for new physics in events featuring a single photon and missing transverse momentum is presented, using proton-proton $\sqrt{s}$ = 13 TeV collision data corresponding to an integrated luminosity of 101 fb$^{-1}$ collected by the CMS experiment at the CERN LHC between 2017 and 2018. This analysis, combined with a previous study of 36 fb$^{-1}$ of 2016 data (totaling 137 fb$^{-1}$), reveals no significant deviations from standard model expectations. The results are then used to establish 95% confidence level limits on parameters in theoretical models involving dark matter and large extra dimensions. Compared to the 2016-only analysis, this search achieves up to a 14% improvement in exclusion reach for mediator masses in simplified dark matter models, along with 11% and 1% enhancements in the limits on the effective field theory suppression scale and the fundamental Planck scale, respectively. These results are the most stringent constraints on these parameters to date.


Note: Submitted to Physical Review D. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/SUS-23-016 (CMS Public Pages)

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

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 Record created 2025-12-02, last modified 2025-12-02


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