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Title: Optimisation of large-radius jet reconstruction for the ATLAS detector in 13 TeV proton–proton collisions
Abstract Jet substructure has provided new opportunities for searches and measurements at the LHC, and has seen continuous development since the optimization of the large-radius jet definition used by ATLAS was performed during Run 1. A range of new inputs to jet reconstruction, pile-up mitigation techniques and jet grooming algorithms motivate an optimisation of large-radius jet reconstruction for ATLAS. In this paper, this optimisation procedure is presented, and the performance of a wide range of large-radius jet definitions is compared. The relative performance of these jet definitions is assessed using metrics such as their pileup stability, ability to identify hadronically decaying W bosons and top quarks with large transverse momenta. A new type of jet input object, called a ‘unified flow object’ is introduced which combines calorimeter- and inner-detector-based signals in order to achieve optimal performance across a wide kinematic range. Large-radius jet definitions are identified which significantly improve on the current ATLAS baseline definition, and their modelling is studied using pp collisions recorded by the ATLAS detector at $$\sqrt{s}=13~\text {TeV}$$ s = 13 TeV during 2017.  more » « less
Award ID(s):
1812377
PAR ID:
10227214
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
81
Issue:
4
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract Jet energy scale and resolution measurements with their associated uncertainties are reported for jets using 36–81 fb $$^{-1}$$ - 1 of proton–proton collision data with a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s}=13$$ s = 13   $${\text {Te}}{\text {V}}$$ TeV collected by the ATLAS detector at the LHC. Jets are reconstructed using two different input types: topo-clusters formed from energy deposits in calorimeter cells, as well as an algorithmic combination of charged-particle tracks with those topo-clusters, referred to as the ATLAS particle-flow reconstruction method. The anti- $$k_t$$ k t jet algorithm with radius parameter $$R=0.4$$ R = 0.4 is the primary jet definition used for both jet types. This result presents new jet energy scale and resolution measurements in the high pile-up conditions of late LHC Run 2 as well as a full calibration of particle-flow jets in ATLAS. Jets are initially calibrated using a sequence of simulation-based corrections. Next, several in situ techniques are employed to correct for differences between data and simulation and to measure the resolution of jets. The systematic uncertainties in the jet energy scale for central jets ( $$|\eta |<1.2$$ | η | < 1.2 ) vary from 1% for a wide range of high- $$p_{{\text {T}}}$$ p T jets ( $$2502.5~{\text {Te}}{\text {V}}$$ > 2.5 TeV ). The relative jet energy resolution is measured and ranges from ( $$24 \pm 1.5$$ 24 ± 1.5 )% at 20  $${\text {Ge}}{\text {V}}$$ GeV to ( $$6 \pm 0.5$$ 6 ± 0.5 )% at 300  $${\text {Ge}}{\text {V}}$$ GeV . 
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  2. null (Ed.)
    Abstract A search for pair production of scalar leptoquarks, each decaying into either an electron or a muon and a top quark, is presented. This is the first leptoquark search using ATLAS data to investigate top-philic cross-generational couplings that could provide explanations for recently observed anomalies in B meson decays. This analysis targets high leptoquark masses which cause the decay products of each resultant top quark to be contained within a single high- $$p_{\mathrm {T}}$$ p T large-radius jet. The full Run 2 dataset is exploited, consisting of $$139~\hbox {fb}^{-1}$$ 139 fb - 1 of data collected from proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13~\mathrm {TeV}$$ s = 13 TeV from 2015 to 2018 with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. In the absence of any significant deviation from the background expectation, lower limits on the leptoquark masses are set at $$1480~\mathrm {GeV}$$ 1480 GeV and $$1470~\mathrm {GeV}$$ 1470 GeV for the electron and muon channel, respectively. 
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  3. null (Ed.)
    Abstract The performance of the ATLAS Inner Detector alignment has been studied using pp collision data at $$\sqrt{s} = 13\,\hbox {TeV}$$ s = 13 TeV collected by the ATLAS experiment during Run 2 (2015–2018) of the Large Hadron Collider (LHC). The goal of the detector alignment is to determine the detector geometry as accurately as possible and correct for time-dependent movements. The Inner Detector alignment is based on the minimization of track-hit residuals in a sequence of hierarchical levels, from global mechanical assembly structures to local sensors. Subsequent levels have increasing numbers of degrees of freedom; in total there are almost 750,000. The alignment determines detector geometry on both short and long timescales, where short timescales describe movements within an LHC fill. The performance and possible track parameter biases originating from systematic detector deformations are evaluated. Momentum biases are studied using resonances decaying to muons or to electrons. The residual sagitta bias and momentum scale bias after alignment are reduced to less than $$\sim 0.1\hbox { TeV}^{-1}$$ ∼ 0.1 TeV - 1 and $$0.9\times 10^{-3}$$ 0.9 × 10 - 3 , respectively. Impact parameter biases are also evaluated using tracks within jets. 
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  4. null (Ed.)
    A bstract This paper presents a search for new heavy particles decaying into a pair of top quarks using 139 fb − 1 of proton-proton collision data recorded at a centre-of-mass energy of $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The search is performed using events consistent with pair production of high-transverse-momentum top quarks and their subsequent decays into the fully hadronic final states. The analysis is optimized for resonances decaying into a $$ t\overline{t} $$ t t ¯ pair with mass above 1.4 TeV, exploiting a dedicated multivariate technique with jet substructure to identify hadronically decaying top quarks using large-radius jets and evaluating the background expectation from data. No significant deviation from the background prediction is observed. Limits are set on the production cross-section times branching fraction for the new Z ′ boson in a topcolor-assisted-technicolor model. The Z ′ boson masses below 3.9 and 4.7 TeV are excluded at 95% confidence level for the decay widths of 1% and 3%, respectively. 
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  5. Abstract A search for R-parity-violating supersymmetry in final states characterized by high jet multiplicity, at least one isolated light lepton and either zero or at least three b -tagged jets is presented. The search uses $${139}\,{\text {fb}^{-1}}$$ 139 fb - 1 of $$\sqrt{s} = {13}\hbox { TeV}$$ s = 13 TeV proton–proton collision data collected by the ATLAS experiment during Run 2 of the Large Hadron Collider. The results are interpreted in the context of R-parity-violating supersymmetry models that feature gluino production, top-squark production, or electroweakino production. The dominant sources of background are estimated using a data-driven model, based on observables at medium jet multiplicity, to predict the b -tagged jet multiplicity distribution at the higher jet multiplicities used in the search. Machine-learning techniques are used to reach sensitivity to electroweakino production, extending the data-driven background estimation to the shape of the machine-learning discriminant. No significant excess over the Standard Model expectation is observed and exclusion limits at the 95% confidence level are extracted, reaching as high as 2.4 TeV in gluino mass, 1.35 TeV in top-squark mass, and 320 (365) GeV in higgsino (wino) mass. 
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