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Title: Measurement of the production cross section of pairs of isolated photons in pp collisions at 13 TeV with the ATLAS detector
A bstract A measurement of prompt photon-pair production in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV is presented. The data were recorded by the ATLAS detector at the LHC with an integrated luminosity of 139 fb − 1 . Events with two photons in the well-instrumented region of the detector are selected. The photons are required to be isolated and have a transverse momentum of $$ {p}_{\mathrm{T}{,}_{\gamma 1(2)}} $$ p T , γ 1 2 > 40 (30) GeV for the leading (sub-leading) photon. The differential cross sections as functions of several observables for the diphoton system are measured and compared with theoretical predictions from state-of-the-art Monte Carlo and fixed-order calculations. The QCD predictions from next-to-next-to-leading-order calculations and multi-leg merged calculations are able to describe the measured integrated and differential cross sections within uncertainties, whereas lower-order calculations show significant deviations, demonstrating that higher-order perturbative QCD corrections are crucial for this process. The resummed predictions with parton showers additionally provide an excellent description of the low transverse-momentum regime of the diphoton system.  more » « less
Award ID(s):
2111046
PAR ID:
10318269
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
11
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract Multijet events at large transverse momentum ( $$p_{\textrm{T}}$$ p T ) are measured at $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV using data recorded with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of $$36.3{\,\text {fb}^{-1}} $$ 36.3 fb - 1 . The multiplicity of jets with $$p_{\textrm{T}} >50\,\text {GeV} $$ p T > 50 GeV that are produced in association with a high- $$p_{\textrm{T}}$$ p T dijet system is measured in various ranges of the $$p_{\textrm{T}}$$ p T of the jet with the highest transverse momentum and as a function of the azimuthal angle difference $$\varDelta \phi _{1,2}$$ Δ ϕ 1 , 2 between the two highest $$p_{\textrm{T}}$$ p T jets in the dijet system. The differential production cross sections are measured as a function of the transverse momenta of the four highest $$p_{\textrm{T}}$$ p T jets. The measurements are compared with leading and next-to-leading order matrix element calculations supplemented with simulations of parton shower, hadronization, and multiparton interactions. In addition, the measurements are compared with next-to-leading order matrix element calculations combined with transverse-momentum dependent parton densities and transverse-momentum dependent parton shower. 
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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. A<sc>bstract</sc> Inclusive and differential cross sections for Higgs boson production in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13.6 TeV are measured using data collected with the CMS detector at the LHC in 2022, corresponding to an integrated luminosity of 34.7 fb−1. Events with the diphoton final state are selected, and the measured inclusive fiducial cross section is$${\sigma }_{\text{fid}}={74}\pm {11}{\left({\text{stat}}\right)}_{-4}^{+5}\left({\text{syst}}\right)$$fb, in agreement with the standard model prediction of 67.8 ± 3.8 fb. Differential cross sections are measured as functions of several observables: the Higgs boson transverse momentum and rapidity, the number of associated jets, and the transverse momentum of the leading jet in the event. Within the uncertainties, the differential cross sections agree with the standard model predictions. 
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  4. null (Ed.)
    A bstract This paper describes a measurement of light-by-light scattering based on Pb+Pb collision data recorded by the ATLAS experiment during Run 2 of the LHC. The study uses 2 . 2 nb − 1 of integrated luminosity collected in 2015 and 2018 at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV. Light-by-light scattering candidates are selected in events with two photons produced exclusively, each with transverse energy $$ {E}_{\mathrm{T}}^{\gamma } $$ E T γ > 2 . 5 GeV, pseudorapidity |η γ | < 2 . 37, diphoton invariant mass m γγ > 5 GeV, and with small diphoton transverse momentum and diphoton acoplanarity. The integrated and differential fiducial cross sections are measured and compared with theoretical predictions. The diphoton invariant mass distribution is used to set limits on the production of axion-like particles. This result provides the most stringent limits to date on axion-like particle production for masses in the range 6–100 GeV. Cross sections above 2 to 70 nb are excluded at the 95% CL in that mass interval. 
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    Abstract The production of $$\pi ^{\pm }$$ π ± , $$\mathrm{K}^{\pm }$$ K ± , $$\mathrm{K}^{0}_{S}$$ K S 0 , $$\mathrm{K}^{*}(892)^{0}$$ K ∗ ( 892 ) 0 , $$\mathrm{p}$$ p , $$\phi (1020)$$ ϕ ( 1020 ) , $$\Lambda $$ Λ , $$\Xi ^{-}$$ Ξ - , $$\Omega ^{-}$$ Ω - , and their antiparticles was measured in inelastic proton–proton (pp) collisions at a center-of-mass energy of $$\sqrt{s}$$ s = 13 TeV at midrapidity ( $$|y|<0.5$$ | y | < 0.5 ) as a function of transverse momentum ( $$p_{\mathrm{T}}$$ p T ) using the ALICE detector at the CERN LHC. Furthermore, the single-particle $$p_{\mathrm{T}}$$ p T distributions of $$\mathrm{K}^{0}_{S}$$ K S 0 , $$\Lambda $$ Λ , and $$\overline{\Lambda }$$ Λ ¯ in inelastic pp collisions at $$\sqrt{s} = 7$$ s = 7  TeV are reported here for the first time. The $$p_{\mathrm{T}}$$ p T distributions are studied at midrapidity within the transverse momentum range $$0\le p_{\mathrm{T}}\le 20$$ 0 ≤ p T ≤ 20 GeV/ c , depending on the particle species. The $$p_{\mathrm{T}}$$ p T spectra, integrated yields, and particle yield ratios are discussed as a function of collision energy and compared with measurements at lower $$\sqrt{s}$$ s and with results from various general-purpose QCD-inspired Monte Carlo models. A hardening of the spectra at high $$p_{\mathrm{T}}$$ p T with increasing collision energy is observed, which is similar for all particle species under study. The transverse mass and $$x_{\mathrm{T}}\equiv 2p_{\mathrm{T}}/\sqrt{s}$$ x T ≡ 2 p T / s scaling properties of hadron production are also studied. As the collision energy increases from $$\sqrt{s}$$ s = 7–13 TeV, the yields of non- and single-strange hadrons normalized to the pion yields remain approximately constant as a function of $$\sqrt{s}$$ s , while ratios for multi-strange hadrons indicate enhancements. The $$p_\mathrm{{T}}$$ p T -differential cross sections of $$\pi ^{\pm }$$ π ± , $$\mathrm {K}^{\pm }$$ K ± and $$\mathrm {p}$$ p ( $$\overline{\mathrm{p}}$$ p ¯ ) are compared with next-to-leading order perturbative QCD calculations, which are found to overestimate the cross sections for $$\pi ^{\pm }$$ π ± and $$\mathrm{p}$$ p ( $$\overline{\mathrm{p}}$$ p ¯ ) at high $$p_\mathrm{{T}}$$ p T . 
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