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Title: Identification of charm jets at LHCb
Abstract The identification of charm jets is achieved at LHCb for data collected in 2015–2018 using a method based on the properties of displaced vertices reconstructed and matched with jets. The performance of this method is determined using a dijet calibration dataset recorded by the LHCb detector and selected such that the jets are unbiased in quantities used in the tagging algorithm. The charm-tagging efficiency is reported as a function of the transverse momentum of the jet. The measured efficiencies are compared to those obtained from simulation and found to be in good agreement.  more » « less
Award ID(s):
1803004 1912836
NSF-PAR ID:
10343875
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of Instrumentation
Volume:
17
Issue:
02
ISSN:
1748-0221
Page Range / eLocation ID:
P02028
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract A search for the Higgs boson decaying into a pair of charm quarks is presented. The analysis uses proton–proton collisions to target the production of a Higgs boson in association with a leptonically decaying W or Z boson. The dataset delivered by the LHC at a centre-of-mass energy of "Equation missing" and recorded by the ATLAS detector corresponds to an integrated luminosity of 139  $$\text{ fb}^{-1}$$ fb - 1 . Flavour-tagging algorithms are used to identify jets originating from the hadronisation of charm quarks. The analysis method is validated with the simultaneous measurement of WW ,  WZ and ZZ production, with observed (expected) significances of 2.6 (2.2) standard deviations above the background-only prediction for the $$(W/Z)Z(\rightarrow c{\bar{c}})$$ ( W / Z ) Z ( → c c ¯ ) process and 3.8 (4.6) standard deviations for the $$(W/Z)W(\rightarrow cq)$$ ( W / Z ) W ( → c q ) process. The $$(W/Z)H(\rightarrow c {\bar{c}})$$ ( W / Z ) H ( → c c ¯ ) search yields an observed (expected) upper limit of 26 (31) times the predicted Standard Model cross-section times branching fraction for a Higgs boson with a mass of "Equation missing" , corresponding to an observed (expected) constraint on the charm Yukawa coupling modifier $$|\kappa _c| < 8.5~(12.4)$$ | κ c | < 8.5 ( 12.4 ) , at the 95% confidence level. A combination with the ATLAS $$(W/Z)H, H\rightarrow b{\bar{b}}$$ ( W / Z ) H , H → b b ¯ analysis is performed, allowing the ratio $$\kappa _c / \kappa _b$$ κ c / κ b to be constrained to less than 4.5 at the 95% confidence level, smaller than the ratio of the b- and c-quark masses, and therefore determines the Higgs-charm coupling to be weaker than the Higgs-bottom coupling at the 95% confidence level. 
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  2. null (Ed.)
    Abstract Jet classification is an important ingredient in measurements and searches for new physics at particle colliders, and secondary vertex reconstruction is a key intermediate step in building powerful jet classifiers. We use a neural network to perform vertex finding inside jets in order to improve the classification performance, with a focus on separation of bottom vs. charm flavor tagging. We implement a novel, universal set-to-graph model, which takes into account information from all tracks in a jet to determine if pairs of tracks originated from a common vertex. We explore different performance metrics and find our method to outperform traditional approaches in accurate secondary vertex reconstruction. We also find that improved vertex finding leads to a significant improvement in jet classification performance. 
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  3. A bstract A combination of measurements sensitive to the CP violation angle γ of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa unitarity triangle and to the charm mixing parameters that describe oscillations between D 0 and $$ \overline{D} $$ D ¯ 0 mesons is performed. Results from the charm and beauty sectors, based on data collected with the LHCb detector at CERN’s Large Hadron Collider, are combined for the first time. This method provides an improvement on the precision of the charm mixing parameter y by a factor of two with respect to the current world average. The charm mixing parameters are determined to be $$ x=\left({0.400}_{-0.053}^{+0.052}\right)\% $$ x = 0.400 − 0.053 + 0.052 % and y = $$ \left({0.630}_{-0.030}^{+0.033}\right)\% $$ 0.630 − 0.030 + 0.033 % . The angle γ is found to be γ = $$ \left({65.4}_{-4.2}^{+3.8}\right){}^{\circ} $$ 65.4 − 4.2 + 3.8 ° and is the most precise determination from a single experiment. 
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  4. Abstract Many measurements at the LHC require efficient identification of heavy-flavour jets, i.e. jets originating from bottom (b) or charm (c) quarks. An overview of the algorithms used to identify c jets is described and a novel method to calibrate them is presented. This new method adjusts the entire distributions of the outputs obtained when the algorithms are applied to jets of different flavours. It is based on an iterative approach exploiting three distinct control regions that are enriched with either b jets, c jets, or light-flavour and gluon jets. Results are presented in the form of correction factors evaluated using proton-proton collision data with an integrated luminosity of 41.5 fb -1 at  √s = 13 TeV, collected by the CMS experiment in 2017. The closure of the method is tested by applying the measured correction factors on simulated data sets and checking the agreement between the adjusted simulation and collision data. Furthermore, a validation is performed by testing the method on pseudodata, which emulate various mismodelling conditions. The calibrated results enable the use of the full distributions of heavy-flavour identification algorithm outputs, e.g. as inputs to machine-learning models. Thus, they are expected to increase the sensitivity of future physics analyses. 
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  5. A search for the Higgs boson decaying into a pair of charm quarks is presented. The analysis uses proton– proton collisions to target the production of a Higgs boson in association with a leptonically decaying W or Z boson. The dataset delivered by the LHC at a centre-of-mass energy of √ s = 13 TeV and recorded by the ATLAS detector corresponds to an integrated luminosity of 139 fb−1. Flavourtagging algorithms are used to identify jets originating from the hadronisation of charm quarks. The analysis method is validated with the simultaneous measurement of WW,WZ and ZZ production, with observed (expected) significances of 2.6 (2.2) standard deviations above the background-only prediction for the (W/Z)Z(→ c ¯ c) process and 3.8 (4.6) standard deviations for the (W/Z)W(→ cq) process. The (W/Z)H(→ c ¯ c) search yields an observed (expected) upper limit of 26 (31) times the predicted Standard Model crosssection times branching fraction for a Higgs boson with a mass of 125 GeV, corresponding to an observed (expected) constraint on the charm Yukawa coupling modifier |κc| < 8.5 (12.4), at the 95% confidence level. A combination with theATLAS(W/Z)H, H → b¯b analysis is performed, allowing the ratio κc/κb to be constrained to less than 4.5 at the 95% confidence level, smaller than the ratio of the b- and c-quark masses, and therefore determines the Higgs-charm coupling to be weaker than the Higgs-bottom coupling at the 95% confidence level. 
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