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Title: Measurement of differential cross sections for Z bosons produced in association with charm jets in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A bstract Measurements are presented of differential cross sections for the production of Z bosons in association with at least one jet initiated by a charm quark in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data recorded by the CMS experiment at the LHC correspond to an integrated luminosity of 35.9 fb − 1 . The final states contain a pair of electrons or muons that are the decay products of a Z boson, and a jet consistent with being initiated by a charm quark produced in the hard interaction. Differential cross sections as a function of the transverse momentum p T of the Z boson and p T of the charm jet are compared with predictions from Monte Carlo event generators. The inclusive production cross section 405 . 4 ± 5 . 6 (stat) ± 24 . 3 (exp) ± 3 . 7 (theo) pb, is measured in a fiducial region requiring both leptons to have pseudorapidity |η| < 2 . 4 and p T > 10 GeV, at least one lepton with p T > 26 GeV, and a mass of the pair in the range 71–111 GeV, while the charm jet is required to have p T > 30 GeV and |η| < 2 . 4. These are the first measurements of these cross sections in proton-proton collisions at 13 TeV.  more » « less
Award ID(s):
2011848
NSF-PAR ID:
10227363
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
4
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract The production cross section of a top quark pair in association with a photon is measured in proton-proton collisions in the decay channel with two oppositely charged leptons ( e ± μ ∓ , e + e − , or μ + μ − ). The measurement is performed using 138 fb − 1 of proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV during the 2016–2018 data-taking period of the CERN LHC. A fiducial phase space is defined such that photons radiated by initial-state particles, top quarks, or any of their decay products are included. An inclusive cross section of 175 . 2 ± 2 . 5(stat) ± 6 . 3(syst) fb is measured in a signal region with at least one jet coming from the hadronization of a bottom quark and exactly one photon with transverse momentum above 20 GeV. Differential cross sections are measured as functions of several kinematic observables of the photon, leptons, and jets, and compared to standard model predictions. The measurements are also interpreted in the standard model effective field theory framework, and limits are found on the relevant Wilson coefficients from these results alone and in combination with a previous CMS measurement of the t $$ \overline{t} $$ t ¯ γ production process using the lepton+jets final state. 
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  2. A bstract A measurement of the inclusive jet production in proton-proton collisions at the LHC at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV is presented. The double-differential cross sections are measured as a function of the jet transverse momentum p T and the absolute jet rapidity |y| . The anti- k T clustering algorithm is used with distance parameter of 0.4 (0.7) in a phase space region with jet p T from 97 GeV up to 3.1 TeV and |y| < 2 . 0. Data collected with the CMS detector are used, corresponding to an integrated luminosity of 36.3 fb − 1 (33.5 fb − 1 ). The measurement is used in a comprehensive QCD analysis at next-to-next-to-leading order, which results in significant improvement in the accuracy of the parton distributions in the proton. Simultaneously, the value of the strong coupling constant at the Z boson mass is extracted as α S ( m Z ) = 0 . 1170 ± 0 . 0019. For the first time, these data are used in a standard model effective field theory analysis at next-to-leading order, where parton distributions and the QCD parameters are extracted simultaneously with imposed constraints on the Wilson coefficient c 1 of 4-quark contact interactions. 
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  3. Abstract

    A search for pair-produced vector-like quarks using events with exactly one lepton (eor$$\mu $$μ), at least four jets including at least oneb-tagged jet, and large missing transverse momentum is presented. Data from proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of$$\sqrt{s}=$$s=13 $$\text {TeV}$$TeV, recorded by the ATLAS detector at the LHC from 2015 to 2018 and corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$$^{-1}$$-1, are analysed. Vector-like partnersTandBof the top and bottom quarks are considered, as is a vector-likeXwith charge$$+5/3$$+5/3, assuming their decay into aW,Z, or Higgs boson and a third-generation quark. No significant deviations from the Standard Model expectation are observed. Upper limits on the production cross-section ofTandBquark pairs as a function of their mass are derived for various decay branching ratio scenarios. The strongest lower limits on the masses are 1.59 $$\text {TeV}$$TeVassuming mass-degenerate vector-like quarks and branching ratios corresponding to the weak-isospin doublet model, and 1.47 $$\text {TeV}$$TeV(1.46 $$\text {TeV}$$TeV) for exclusive$$T \rightarrow Zt$$TZt($$B/X \rightarrow Wt$$B/XWt) decays. In addition, lower limits on theTandBquark masses are derived for all possible branching ratios.

     
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  4. A bstract The measurement of the production of charm jets, identified by the presence of a D 0 meson in the jet constituents, is presented in proton–proton collisions at centre-of-mass energies of $$ \sqrt{s} $$ s = 5.02 and 13 TeV with the ALICE detector at the CERN LHC. The D 0 mesons were reconstructed from their hadronic decay D 0 → K − π + and the respective charge conjugate. Jets were reconstructed from D 0 -meson candidates and charged particles using the anti- k T algorithm, in the jet transverse momentum range 5 < p T , chjet < 50 GeV/ c , pseudorapidity | η jet | < 0 . 9 − R , and with the jet resolution parameters R = 0 . 2 , 0 . 4 , 0 . 6. The distribution of the jet momentum fraction carried by a D 0 meson along the jet axis $$ \left({z}_{\Big\Vert}^{\textrm{ch}}\right) $$ z ‖ ch was measured in the range 0 . 4 < $$ {z}_{\Big\Vert}^{\textrm{ch}} $$ z ‖ ch < 1 . 0 in four ranges of the jet transverse momentum. Comparisons of results for different collision energies and jet resolution parameters are also presented. The measurements are compared to predictions from Monte Carlo event generators based on leading-order and next-to-leading-order perturbative quantum chromodynamics calculations. A generally good description of the main features of the data is obtained in spite of a few discrepancies at low p T , chjet . Measurements were also done for R = 0 . 3 at $$ \sqrt{s} $$ s = 5 . 02 and are shown along with their comparisons to theoretical predictions in an appendix to this paper. 
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  5. A bstract The production of the W ± bosons measured in p–Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon–nucleon collision $$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 8 . 16 TeV and Pb–Pb collisions at $$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV with ALICE at the LHC is presented. The W ± bosons are measured via their muonic decay channel, with the muon reconstructed in the pseudorapidity region − 4 < $$ {\eta}_{\textrm{lab}}^{\mu } $$ η lab μ < − 2 . 5 with transverse momentum $$ {p}_{\textrm{T}}^{\mu } $$ p T μ > 10 GeV /c . While in Pb–Pb collisions the measurements are performed in the forward (2 . 5 < $$ {y}_{\textrm{cms}}^{\mu } $$ y cms μ < 4) rapidity region, in p–Pb collisions, where the centre-of-mass frame is boosted with respect to the laboratory frame, the measurements are performed in the backward ( − 4 . 46 < $$ {y}_{\textrm{cms}}^{\mu } $$ y cms μ < − 2 . 96) and forward (2 . 03 < $$ {y}_{\textrm{cms}}^{\mu } $$ y cms μ < 3 . 53) rapidity regions. The W − and W + production cross sections, lepton-charge asymmetry, and nuclear modification factors are evaluated as a function of the muon rapidity. In order to study the production as a function of the p–Pb collision centrality, the production cross sections of the W − and W + bosons are combined and normalised to the average number of binary nucleon–nucleon collision 〈 N coll 〉. In Pb–Pb collisions, the same measurements are presented as a function of the collision centrality. Study of the binary scaling of the W ± -boson cross sections in p–Pb and Pb–Pb collisions is also reported. The results are compared with perturbative QCD calculations, with and without nuclear modifications of the Parton Distribution Functions (PDFs), as well as with available data at the LHC. Significant deviations from the theory expectations are found in the two collision systems, indicating that the measurements can provide additional constraints for the determination of nuclear PDFs and in particular of the light-quark distributions. 
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