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Search for dark matter produced in association with a Higgs boson decaying to bottom quarks in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2026

[10.3204/PUBDB-2026-00645]  GO

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Report No.: CERN-EP-2025-288; CMS-SUS-24-007; arXiv:2601.11330

Abstract: A search for dark matter particles produced in association with a Higgs boson decaying to a bottom quark-antiquark pair in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV is presented. The data, collected with the CMS detector at the LHC, correspond to an integrated luminosity of 101 fb$^{-1}$. The analysis is performed in exclusive categories targeting both Lorentz-boosted (merged) and resolved b jet pair topologies, covering a wide range of Higgs boson transverse momentum. A statistical combination is made with a previous search using data collected in 2016 and corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb$^{-1}$. The observed data agree with the standard model background predictions. Constraints are placed on models predicting new particles or interactions, such as those in the simplified frameworks of baryonic-Z' and 2HDM+a, where the latter is a type-II two-Higgs-doublet model featuring a heavy pseudoscalar with an additional light pseudoscalar. Upper limits at 95% confidence level are set on the production cross section for these models. For the baryonic-Z' model, Z' boson masses below 2.25 TeV are excluded for a dark matter particle candidate mass of 1 GeV. In the 2HDM+a model, heavy pseudoscalar masses between 850 and 1300 GeV are excluded for a light pseudoscalar mass of 350 GeV.


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-24-007 (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: Das Quantisierte Universum II (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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 Record created 2026-02-04, last modified 2026-02-05
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