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Title: Jet energy scale and resolution measured in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV with the ATLAS detector
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 .  more » « less
Award ID(s):
2111046
NSF-PAR ID:
10318286
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
81
Issue:
8
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. null (Ed.)
    Abstract This paper presents the measurements of $$\pi ^{\pm }$$ π ± , $$\mathrm {K}^{\pm }$$ K ± , $$\text {p}$$ p and $$\overline{\mathrm{p}} $$ p ¯ transverse momentum ( $$p_{\text {T}}$$ p T ) spectra as a function of charged-particle multiplicity density in proton–proton (pp) collisions at $$\sqrt{s}\ =\ 13\ \text {TeV}$$ s = 13 TeV with the ALICE detector at the LHC. Such study allows us to isolate the center-of-mass energy dependence of light-flavour particle production. The measurements reported here cover a $$p_{\text {T}}$$ p T range from 0.1 to 20 $$\text {GeV}/c$$ GeV / c and are done in the rapidity interval $$|y|<0.5$$ | y | < 0.5 . The $$p_{\text {T}}$$ p T -differential particle ratios exhibit an evolution with multiplicity, similar to that observed in pp collisions at $$\sqrt{s}\ =\ 7\ \text {TeV}$$ s = 7 TeV , which is qualitatively described by some of the hydrodynamical and pQCD-inspired models discussed in this paper. Furthermore, the $$p_{\text {T}}$$ p T -integrated hadron-to-pion yield ratios measured in pp collisions at two different center-of-mass energies are consistent when compared at similar multiplicities. This also extends to strange and multi-strange hadrons, suggesting that, at LHC energies, particle hadrochemistry scales with particle multiplicity the same way under different collision energies and colliding systems. 
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  2. Abstract The production of Z bosons associated with jets is measured in $$\text {p}\text {p}$$ pp collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V with data recorded with the CMS experiment at the LHC corresponding to an integrated luminosity of 36.3 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The multiplicity of jets with transverse momentum $$p_{\textrm{T}} > 30\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V} $$ p T > 30 Ge V is measured for different regions of the Z boson’s $$p_{\textrm{T}} (\text {Z })$$ p T ( Z ) , from lower than 10 $$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V to higher than 100 $$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V . The azimuthal correlation $$\varDelta \phi $$ Δ ϕ between the Z boson and the leading jet, as well as the correlations between the two leading jets are measured in three regions of $$p_{\textrm{T}} (\text {Z })$$ p T ( Z ) . The measurements are compared with several predictions at leading and next-to-leading orders, interfaced with parton showers. Predictions based on transverse-momentum dependent parton distributions and corresponding parton showers give a good description of the measurement in the regions where multiple parton interactions and higher jet multiplicities are not important. The effects of multiple parton interactions are shown to be important to correctly describe the measured spectra in the low $$p_{\textrm{T}} (\text {Z })$$ p T ( Z ) regions. 
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  3. null (Ed.)
    Abstract Production cross sections of the Higgs boson are measured in the $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} \rightarrow 4\ell $$ H → Z Z → 4 ℓ ( $$\ell ={\mathrm{e}},{{{\upmu }}_{\mathrm{}}^{\mathrm{}}} $$ ℓ = e , μ ) decay channel. A data sample of proton–proton collisions at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {Te}\text {V}$$ Te , collected by the CMS detector at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 is used. The signal strength modifier $$\mu $$ μ , defined as the ratio of the Higgs boson production rate in the $$4\ell $$ 4 ℓ channel to the standard model (SM) expectation, is measured to be $$\mu =0.94 \pm 0.07 \,\text {(stat)} ^{+0.09}_{-0.08} \,\text {(syst)} $$ μ = 0.94 ± 0.07 (stat) - 0.08 + 0.09 (syst) at a fixed value of $$m_{{\mathrm{H}}} = 125.38\,\text {Ge}\text {V} $$ m H = 125.38 Ge . The signal strength modifiers for the individual Higgs boson production modes are also reported. The inclusive fiducial cross section for the $${\mathrm{H}} \rightarrow 4\ell $$ H → 4 ℓ process is measured to be $$2.84^{+0.23}_{-0.22} \,\text {(stat)} ^{+0.26}_{-0.21} \,\text {(syst)} \,\text {fb} $$ 2 . 84 - 0.22 + 0.23 (stat) - 0.21 + 0.26 (syst) fb , which is compatible with the SM prediction of $$2.84 \pm 0.15 \,\text {fb} $$ 2.84 ± 0.15 fb for the same fiducial region. Differential cross sections as a function of the transverse momentum and rapidity of the Higgs boson, the number of associated jets, and the transverse momentum of the leading associated jet are measured. A new set of cross section measurements in mutually exclusive categories targeted to identify production mechanisms and kinematical features of the events is presented. The results are in agreement with the SM predictions. 
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  4. null (Ed.)
    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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  5. Abstract The energy response of the ATLAS calorimeter is measured for single charged pions with transverse momentum in the range $$10 more » « less