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Title: A new calibration method for charm jet identification validated with proton-proton collision events at √s = 13 TeV
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.  more » « less
Award ID(s):
2121686
NSF-PAR ID:
10374234
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of Instrumentation
Volume:
17
Issue:
03
ISSN:
1748-0221
Page Range / eLocation ID:
P03014
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract Several improvements to the ATLAS triggers used to identify jets containing b -hadrons ( b -jets) were implemented for data-taking during Run 2 of the Large Hadron Collider from 2016 to 2018. These changes include reconfiguring the b -jet trigger software to improve primary-vertex finding and allow more stable running in conditions with high pile-up, and the implementation of the functionality needed to run sophisticated taggers used by the offline reconstruction in an online environment. These improvements yielded an order of magnitude better light-flavour jet rejection for the same b -jet identification efficiency compared to the performance in Run 1 (2011–2012). The efficiency to identify b -jets in the trigger, and the conditional efficiency for b -jets that satisfy offline b -tagging requirements to pass the trigger are also measured. Correction factors are derived to calibrate the b -tagging efficiency in simulation to match that observed in data. The associated systematic uncertainties are substantially smaller than in previous measurements. In addition, b -jet triggers were operated for the first time during heavy-ion data-taking, using dedicated triggers that were developed to identify semileptonic b -hadron decays by selecting events with geometrically overlapping muons and jets. 
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  2. null (Ed.)
    Abstract A search for the pair production of heavy leptons as predicted by the type-III seesaw mechanism is presented. The search uses proton–proton collision data at a centre-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to $$ 139\,{\text {fb}}^{-1} $$ 139 fb - 1 of integrated luminosity recorded by the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider. The analysis focuses on the final state with two light leptons (electrons or muons) of different flavour and charge combinations, with at least two jets and large missing transverse momentum. No significant excess over the Standard Model expectation is observed. The results are translated into exclusion limits on heavy-lepton masses, and the observed lower limit on the mass of the type-III seesaw heavy leptons is 790 GeV at 95% confidence level. 
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  3. 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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  4. A bstract The production of dark matter in association with Higgs bosons is predicted in several extensions of the Standard Model. An exploration of such scenarios is presented, considering final states with missing transverse momentum and b -tagged jets consistent with a Higgs boson. The analysis uses proton-proton collision data at a centre-of-mass energy of 13 TeV recorded by the ATLAS experiment at the LHC during Run 2, amounting to an integrated luminosity of 139 fb − 1 . The analysis, when compared with previous searches, benefits from a larger dataset, but also has further improvements providing sensitivity to a wider spectrum of signal scenarios. These improvements include both an optimised event selection and advances in the object identification, such as the use of the likelihood-based significance of the missing transverse momentum and variable-radius track-jets. No significant deviation from Standard Model expectations is observed. Limits are set, at 95% confidence level, in two benchmark models with two Higgs doublets extended by either a heavy vector boson Z ′ or a pseudoscalar singlet a and which both provide a dark matter candidate χ . In the case of the two-Higgs-doublet model with an additional vector boson Z ′, the observed limits extend up to a Z ′ mass of 3 TeV for a mass of 100 GeV for the dark matter candidate. The two-Higgs-doublet model with a dark matter particle mass of 10 GeV and an additional pseudoscalar a is excluded for masses of the a up to 520 GeV and 240 GeV for tan β = 1 and tan β = 10 respectively. Limits on the visible cross-sections are set and range from to 0.05 fb to 3.26 fb, depending on the missing transverse momentum and b -quark jet multiplicity requirements. 
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  5. null (Ed.)
    A bstract A search for standard model Higgs bosons (H) produced with transverse momentum ( p T ) greater than 450 GeV and decaying to bottom quark-antiquark pairs ( $$ \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ b b ¯ ) is performed using proton-proton collision data collected by the CMS experiment at the LHC at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 137 fb − 1 . The search is inclusive in the Higgs boson production mode. Highly Lorentz-boosted Higgs bosons decaying to $$ \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ b b ¯ are reconstructed as single large-radius jets, and are identified using jet substructure and a dedicated b tagging technique based on a deep neural network. The method is validated with Z → $$ \mathrm{b}\overline{\mathrm{b}} $$ b b ¯ decays. For a Higgs boson mass of 125 GeV, an excess of events above the background assuming no Higgs boson production is observed with a local significance of 2.5 standard deviations ( σ ), while the expectation is 0.7. The corresponding signal strength and local significance with respect to the standard model expectation are μ H = 3 . 7 ± 1 . 2(stat) $$ {}_{-0.7}^{+0.8} $$ − 0.7 + 0.8 (syst) $$ {}_{-0.5}^{+0.8} $$ − 0.5 + 0.8 (theo) and 1 . 9 σ . Additionally, an unfolded differential cross section as a function of Higgs boson p T for the gluon fusion production mode is presented, assuming the other production modes occur at the expected rates. 
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