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This content will become publicly available on April 1, 2023

Title: Measurement of the inclusive $$ \mathrm{t}\overline{\mathrm{t}} $$ production cross section in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 5.02 TeV
A bstract The top quark pair production cross section is measured in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 5.02 TeV. The data were collected in a special LHC low-energy and low-intensity run in 2017, and correspond to an integrated luminosity of 302 pb − 1 . The measurement is performed using events with one electron and one muon of opposite charge, and at least two jets. The measured cross section is 60 . 7 ± 5 . 0 (stat) ± 2 . 8 (syst) ± 1 . 1 (lumi) pb. A combination with the result in the single lepton + jets channel, based on data collected in 2015 at the same center-of-mass energy and corresponding to an integrated luminosity of 27.4 pb − 1 , is then performed. The resulting measured value is 63 . 0 ± 4 . 1 (stat) ± 3 . 0 (syst+lumi) pb, in agreement with the standard model prediction of $$ {66.8}_{-3.1}^{+2.9} $$ 66.8 − 3.1 + 2.9 pb.
Authors:
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Award ID(s):
1913513
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10330327
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
4
ISSN:
1029-8479
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract The production of Z boson pairs in proton–proton ( $${\mathrm{p}} {\mathrm{p}} $$ p p ) collisions, $${{\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow ({\mathrm{Z}}/\gamma ^*)({\mathrm{Z}}/\gamma ^*) \rightarrow 2\ell 2\ell '}$$ p p → ( Z / γ ∗ ) ( Z / γ ∗ ) → 2 ℓ 2 ℓ ′ , where $${\ell ,\ell ' = {\mathrm{e}}}$$ ℓ , ℓ ′ = e or $${{\upmu }}$$ μ , is studied at a center-of-mass energy of 13 $$\,\text {TeV}$$ TeV with the CMS detector at the CERN LHC. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1more », collected during 2016–2018. The $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z production cross section, $$\sigma _{\text {tot}} ({\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} ) = 17.4 \pm 0.3 \,\text {(stat)} \pm 0.5 \,\text {(syst)} \pm 0.4 \,\text {(theo)} \pm 0.3 \,\text {(lumi)} \text { pb} $$ σ tot ( p p → Z Z ) = 17.4 ± 0.3 (stat) ± 0.5 (syst) ± 0.4 (theo) ± 0.3 (lumi) pb , measured for events with two pairs of opposite-sign, same-flavor leptons produced in the mass region $${60< m_{\ell ^+\ell ^-} < 120\,\text {GeV}}$$ 60 < m ℓ + ℓ - < 120 GeV is consistent with standard model predictions. Differential cross sections are also measured and agree with theoretical predictions. The invariant mass distribution of the four-lepton system is used to set limits on anomalous $${\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ Z Z Z and $${{\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} \gamma }$$ Z Z γ couplings.« less
  2. 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 $$4\ellmore »$$ 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.« less
  3. Abstract We report on the inclusive $$\text {J}/\psi $$ J / ψ production cross section measured at the CERN Large Hadron Collider in proton–proton collisions at a center-of-mass energy $$\sqrt{s}~=~13$$ s = 13  TeV. The $$\text {J}/\psi $$ J / ψ mesons are reconstructed in the $$\text {e}^{+}\text {e}^{-}$$ e + e - decay channel and the measurements are performed at midrapidity ( $$|y|<0.9$$ | y | < 0.9 ) in the transverse-momentum interval $$0more »{nb}^{-1}$$ L int = 32.2 nb - 1 and an Electromagnetic Calorimeter triggered data sample with $$L_{\text {int}} = 8.3~\mathrm {pb}^{-1}$$ L int = 8.3 pb - 1 . The $$p_{\mathrm{T}}$$ p T -integrated $$\text {J}/\psi $$ J / ψ production cross section at midrapidity, computed using the minimum-bias data sample, is $$\text {d}\sigma /\text {d}y|_{y=0} = 8.97\pm 0.24~(\text {stat})\pm 0.48~(\text {syst})\pm 0.15~(\text {lumi})~\mu \text {b}$$ d σ / d y | y = 0 = 8.97 ± 0.24 ( stat ) ± 0.48 ( syst ) ± 0.15 ( lumi ) μ b . An approximate logarithmic dependence with the collision energy is suggested by these results and available world data, in agreement with model predictions. The integrated and $$p_{\mathrm{T}}$$ p T -differential measurements are compared with measurements in pp collisions at lower energies and with several recent phenomenological calculations based on the non-relativistic QCD and Color Evaporation models.« less
  4. A bstract Inclusive and differential cross sections of single top quark production in association with a Z boson are measured in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV with a data sample corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 recorded by the CMS experiment. Events are selected based on the presence of three leptons, electrons or muons, associated with leptonic Z boson and top quark decays. The measurement yields an inclusive cross section of $$ {87.9}_{-7.3}^{+7.5}{\left(\mathrm{stat}\right)}_{-6.0}^{+7.3}\left(\mathrm{syst}\right) $$ 87.9 − 7.3 + 7.5 stat − 6.0 + 7.3 syst fb for a dilepton invariant mass greatermore »than 30 GeV, in agreement with standard model (SM) calculations and represents the most precise determination to date. The ratio between the cross sections for the top quark and the top antiquark production in association with a Z boson is measured as $$ {2.37}_{-0.42}^{+0.56}{\left(\mathrm{stat}\right)}_{-0.13}^{+0.27}\left(\mathrm{syst}\right) $$ 2.37 − 0.42 + 0.56 stat − 0.13 + 0.27 syst . Differential measurements at parton and particle levels are performed for the first time. Several kinematic observables are considered to study the modeling of the process. Results are compared to theoretical predictions with different assumptions on the source of the initial-state b quark and found to be in agreement, within the uncertainties. Additionally, the spin asymmetry, which is sensitive to the top quark polarization, is determined from the differential distribution of the polarization angle at parton level to be 0 . 54 ± 0 . 16 (stat) ± 0 . 06 (syst), in agreement with SM predictions.« less
  5. A bstract The p T -differential production cross sections of prompt and non-prompt (produced in beauty-hadron decays) D mesons were measured by the ALICE experiment at midrapidity ( | y | < 0 . 5) in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 5 . 02 TeV. The data sample used in the analysis corresponds to an integrated luminosity of (19 . 3 ± 0 . 4) nb − 1 . D mesons were reconstructed from their decays D 0 → K − π + , D + → K − π + π + , and $$ {\mathrm{D}}_{\mathrm{s}}^{+}\tomore »\upphi {\uppi}^{+}\to {\mathrm{K}}^{-}{\mathrm{K}}^{+}{\uppi}^{+} $$ D s + → ϕ π + → K − K + π + and their charge conjugates. Compared to previous measurements in the same rapidity region, the cross sections of prompt D + and $$ {\mathrm{D}}_{\mathrm{s}}^{+} $$ D s + mesons have an extended p T coverage and total uncertainties reduced by a factor ranging from 1.05 to 1.6, depending on p T , allowing for a more precise determination of their p T -integrated cross sections. The results are well described by perturbative QCD calculations. The fragmentation fraction of heavy quarks to strange mesons divided by the one to non-strange mesons, f s / ( f u + f d ), is compatible for charm and beauty quarks and with previous measurements at different centre-of-mass energies and collision systems. The $$ \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ b b ¯ production cross section per rapidity unit at midrapidity, estimated from non-prompt D-meson measurements, is $$ \mathrm{d}{\sigma}_{\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}}/\mathrm{d}y\left|{}_{\left|\mathrm{y}\right|<0.5}=34.5\pm 2.4{\left(\mathrm{stat}\right)}_{-2.9}^{+4.7}\left(\mathrm{tot}.\mathrm{syst}\right)\right. $$ d σ b b ¯ / d y y < 0.5 = 34.5 ± 2.4 stat − 2.9 + 4.7 tot . syst μb. It is compatible with previous measurements at the same centre-of-mass energy and with the cross section pre- dicted by perturbative QCD calculations.« less