A multi-dimensional search for new heavy resonances decaying to boosted $$\text{ W }{}{}$$ $$\text{ W }{}{}$$ , $$\text{ W }{}{}$$ $$\text{ Z }{}{}$$ , or $$\text{ Z }{}{}$$ $$\text{ Z }{}{}$$ boson pairs in the dijet final state at 13 $$\text {Te}\text {V}$$ (2020)

A search in an all-jet final state for new massive resonances decaying to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>W</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow></mml:mrow> <mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow> </mml:math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>W</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow></mml:mrow> <mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>W</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow></mml:mrow> <mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow> </mml:math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>Z</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow></mml:mrow> <mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow> </mml:math> , or <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>Z</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow></mml:mrow> <mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow> </mml:math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>Z</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow></mml:mrow> <mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow> </mml:math> boson pairs using a novel analysis method is presented. The analysis is performed on data corresponding to an integrated luminosity of 77.3 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:msup><mml:mtext>fb</mml:mtext> <mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> recorded with the CMS experiment at the LHC at a centre-of-mass energy of 13 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>Te</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace></mml:mrow> </mml:math> . The search is focussed on potential narrow-width resonances with masses above 1.2 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>Te</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace></mml:mrow> </mml:math> , where the decay products of each <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>W</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow></mml:mrow> <mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow> </mml:math> or <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>Z</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace> <mml:mrow></mml:mrow> <mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow> </mml:math> boson are expected to be collimated into a single, large-radius jet. The signal is extracted using a three-dimensional maximum likelihood fit of the two jet masses and the dijet invariant mass, yielding an improvement in sensitivity of up to 30% relative to previous search methods. No excess is observed above the estimated standard model background. In a heavy vector triplet model, spin-1 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mrow> <mml:mo>'</mml:mo></mml:msup> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>W</mml:mtext></mml:mrow> <mml:mo>'</mml:mo></mml:msup> </mml:math> resonances with masses below 3.5 and 3.8 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>Te</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace></mml:mrow> </mml:math> , respectively, are excluded at 95% confidence level. In a bulk graviton model, upper limits on cross sections are set between 27 and 0.2 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace> <mml:mtext>fb</mml:mtext></mml:mrow> </mml:math> for resonance masses between 1.2 and 5.2 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>Te</mml:mtext> <mml:mspace></mml:mspace></mml:mrow> </mml:math> , respectively. The limits presented in this paper are the best to date in the dijet final state.