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This content will become publicly available on December 1, 2025

Title: The CMS Statistical Analysis and Combination Tool: Combine
Abstract This paper describes theCombinesoftware package used for statistical analyses by the CMS Collaboration. The package, originally designed to perform searches for a Higgs boson and the combined analysis of those searches, has evolved to become the statistical analysis tool presently used in the majority of measurements and searches performed by the CMS Collaboration. It is not specific to the CMS experiment, and this paper is intended to serve as a reference for users outside of the CMS Collaboration, providing an outline of the most salient features and capabilities. Readers are provided with the possibility to runCombineand reproduce examples provided in this paper using a publicly available container image. Since the package is constantly evolving to meet the demands of ever-increasing data sets and analysis sophistication, this paper cannot cover all details ofCombine. However, the online documentation referenced within this paper provides an up-to-date and complete user guide.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10556770
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
Computing and Software for Big Science
Volume:
8
Issue:
1
ISSN:
2510-2036
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract The field of dark matter detection is a highly visible and highly competitive one. In this paper, we propose recommendations for presenting dark matter direct detection results particularly suited for weak-scale dark matter searches, although we believe the spirit of the recommendations can apply more broadly to searches for other dark matter candidates, such as very light dark matter or axions. To translate experimental data into a final published result, direct detection collaborations must make a series of choices in their analysis, ranging from how to model astrophysical parameters to how to make statistical inferences based on observed data. While many collaborations follow a standard set of recommendations in some areas, for example the expected flux of dark matter particles (to a large degree based on a paper from Lewin and Smith in 1995), in other areas, particularly in statistical inference, they have taken different approaches, often from result to result by the same collaboration. We set out a number of recommendations on how to apply the now commonly used Profile Likelihood Ratio method to direct detection data. In addition, updated recommendations for the Standard Halo Model astrophysical parameters and relevant neutrino fluxes are provided. The authors of this note include members of the DAMIC, DarkSide, DARWIN, DEAP, LZ, NEWS-G, PandaX, PICO, SBC, SENSEI, SuperCDMS, and XENON collaborations, and these collaborations provided input to the recommendations laid out here. Wide-spread adoption of these recommendations will make it easier to compare and combine future dark matter results. 
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  2. A<sc>bstract</sc> Results are presented for a test of the compositeness of the heaviest charged lepton,τ, using data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV at the CERN LHC. The data were collected in 2016–2018 and correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. This analysis searches for tau lepton pair production in which one of the tau leptons is produced in an excited state and decays to a ground state tau lepton and a photon. The event selection consists of two isolated tau lepton decay candidates and a high-energy photon. The mass of the excited tau lepton is reconstructed using the missing transverse momentum in the event, assuming the momentum of the neutrinos from each tau lepton decay are aligned with the visible decay products. No excess of events above the standard model background prediction is observed. This null result is used to set lower bounds on the excited tau lepton mass. For a compositeness scale Λ equal to the excited tau lepton mass, excited tau leptons with masses below 4700 GeV are excluded at 95% confidence level; for Λ = 10 TeV this exclusion is set at 2800 GeV. This is the first experimental result covering this production and decay process in the excited tau mass range above 175 GeV. 
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  3. A combination of the results of several searches for the electroweak production of the supersymmetric partners of standard model bosons, and of charged leptons, is presented. All searches use proton-proton collision data at s = 13 TeV recorded with the CMS detector at the LHC in 2016–2018. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of up to 137 fb 1 . The results are interpreted in terms of simplified models of supersymmetry. Two new interpretations are added with this combination: a model spectrum with the bino as the lightest supersymmetric particle together with mass-degenerate Higgsinos decaying to the bino and a standard model boson, and the compressed-spectrum region of a previously studied model of slepton pair production. Improved analysis techniques are employed to optimize sensitivity for the compressed spectra in the wino and slepton pair production models. The results are consistent with expectations from the standard model. The combination provides a more comprehensive coverage of the model parameter space than the individual searches, extending the exclusion by up to 125 GeV, and also targets some of the intermediate gaps in the mass coverage. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  4. A<sc>bstract</sc> A search for the production of a single top quark in association with invisible particles is performed using proton-proton collision data collected with the CMS detector at the LHC at$$\sqrt{s}=13$$TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. In this search, a flavor-changing neutral current produces a single top quark or antiquark and an invisible state nonresonantly. The invisible state consists of a hypothetical spin-1 particle acting as a new mediator and decaying to two spin-1/2 dark matter candidates. The analysis searches for events in which the top quark or antiquark decays hadronically. No significant excess of events compatible with that signature is observed. Exclusion limits at 95% confidence level are placed on the masses of the spin-1 mediator and the dark matter candidates, and are compared to constraints from the dark matter relic density measurements. In a vector (axial-vector) coupling scenario, masses of the spin-1 mediator are excluded up to 1.85 (1.85) TeV with an expectation of 2.0 (2.0) TeV, whereas masses of the dark matter candidates are excluded up to 0.75 (0.55) TeV with an expectation of 0.85 (0.65) TeV. 
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  5. A<sc>bstract</sc> A search for dark matter particles is performed using events with a pair of W bosons and large missing transverse momentum. Candidate events are selected by requiring one or two leptons (ℓ= electrons or muons). The analysis is based on proton-proton collision data collected at a center-of-mass energy of 13 TeV by the CMS experiment at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. No significant excess over the expected standard model background is observed in theℓνqq and 2ℓ2νfinal states of the W+Wboson pair. Limits are set on dark matter production in the context of a simplified dark Higgs model, with a dark Higgs boson mass above the W+Wmass threshold. The dark matter phase space is probed in the mass range 100–300 GeV, extending the scope of previous searches. Current exclusion limits are improved in the range of dark Higgs masses from 160 to 250 GeV, for a dark matter mass of 200 GeV. 
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