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Title: Measurement of the inclusive and differential WZ production cross sections, polarization angles, and triple gauge couplings in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A bstract The associated production of a W and a Z boson is studied in final states with multiple leptons produced in proton-proton (pp) collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV using 137 fb − 1 of data collected with the CMS detector at the LHC. A measurement of the total inclusive production cross section yields σ tot (pp → WZ) = 50 . 6 ± 0 . 8 (stat) ± 1 . 5 (syst) ± 1 . 1 (lumi) ± 0 . 5 (theo) pb. Measurements of the fiducial and differential cross sections for several key observables are also performed in all the final-state lepton flavour and charge compositions with a total of three charged leptons, which can be electrons or muons. All results are compared with theoretical predictions computed up to next-to-next-to-leading order in quantum chromodynamics plus next-to-leading or- der in electroweak theory and for various sets of parton distribution functions. The results include direct measurements of the charge asymmetry and the W and Z vector boson polarization. The first observation of longitudinally polarized W bosons in WZ production is reported. Anomalous gauge couplings are searched for, leading to new constraints on beyond-the-standard-model contributions to the WZ triple gauge coupling.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10374238
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
7
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. null (Ed.)
    Abstract Measurements of the Standard Model Higgs boson decaying into a $$b\bar{b}$$ b b ¯ pair and produced in association with a W or Z boson decaying into leptons, using proton–proton collision data collected between 2015 and 2018 by the ATLAS detector, are presented. The measurements use collisions produced by the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\text {V}$$ s = 13 Te , corresponding to an integrated luminosity of $$139\,\mathrm {fb}^{-1}$$ 139 fb - 1 . The production of a Higgs boson in association with a W or Z boson is established with observed (expected) significances of 4.0 (4.1) and 5.3 (5.1) standard deviations, respectively. Cross-sections of associated production of a Higgs boson decaying into bottom quark pairs with an electroweak gauge boson, W or Z , decaying into leptons are measured as a function of the gauge boson transverse momentum in kinematic fiducial volumes. The cross-section measurements are all consistent with the Standard Model expectations, and the total uncertainties vary from 30% in the high gauge boson transverse momentum regions to 85% in the low regions. Limits are subsequently set on the parameters of an effective Lagrangian sensitive to modifications of the WH and ZH processes as well as the Higgs boson decay into $$b\bar{b}$$ b b ¯ . 
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  2. A<sc>bstract</sc> The inclusive WZ production cross section is measured in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13.6 TeV, using data collected during 2022 with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 34.7 fb−1. The measurement uses multileptonic final states and a simultaneous likelihood fit to the number of events in four different lepton flavour categories: eee, eeμ,μμe, andμμμ. The selection is optimized to minimize the number of background events, and relies on an efficient prompt lepton discrimination strategy. The WZ production cross section is measured in a phase space defined within a 30 GeV window around the Z boson mass, asσtotal(pp → WZ) = 55.2 ± 1.2 (stat) ± 1.2 (syst) ± 0.8 (lumi) ± 0.3 (theo) pb. In addition, the cross section is measured in a fiducial phase space closer to the detector-level requirements. All the measurements presented in this paper are in agreement with standard model predictions. 
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  3. A<sc>bstract</sc> Measurements of fiducial and total inclusive cross sections for W and Z boson production are presented in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 5.02 and 13 TeV. Electron and muon decay modes (ℓ= e orμ) are studied in the data collected with the CMS detector in 2017, in dedicated runs with reduced instantaneous luminosity. The data sets correspond to integrated luminosities of 298 ± 6 pb−1at 5.02 TeV and 206 ± 5 pb−1at 13 TeV. Measured values of the products of the total inclusive cross sections and the branching fractions at 5.02 TeV areσ(pp→W + X)$$ \mathcal{B} $$ B (W→ ℓν) = 7300±10 (stat)±60 (syst)±140 (lumi) pb, andσ(pp→Z+X)$$ \mathcal{B} $$ B (Z→ ℓ+) = 669±2 (stat)±6 (syst)±13 (lumi) pb for the dilepton invariant mass in the range of 60–120 GeV. The corresponding results at 13 TeV are 20480±10 (stat)±170 (syst)±470 (lumi) pb and 1952±4 (stat)±18 (syst)±45 (lumi) pb. The measured values agree with cross section calculations at next-to-next-to-leading-order in perturbative quantum chromodynamics. Fiducial and total inclusive cross sections, ratios of cross sections of W+and Wproduction as well as inclusive W and Z boson production, and ratios of these measurements at 5.02 and 13 TeV are reported. 
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  4. null (Ed.)
    A bstract Measurements are presented of differential cross sections for the production of Z bosons in association with at least one jet initiated by a charm quark in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data recorded by the CMS experiment at the LHC correspond to an integrated luminosity of 35.9 fb − 1 . The final states contain a pair of electrons or muons that are the decay products of a Z boson, and a jet consistent with being initiated by a charm quark produced in the hard interaction. Differential cross sections as a function of the transverse momentum p T of the Z boson and p T of the charm jet are compared with predictions from Monte Carlo event generators. The inclusive production cross section 405 . 4 ± 5 . 6 (stat) ± 24 . 3 (exp) ± 3 . 7 (theo) pb, is measured in a fiducial region requiring both leptons to have pseudorapidity |η| < 2 . 4 and p T > 10 GeV, at least one lepton with p T > 26 GeV, and a mass of the pair in the range 71–111 GeV, while the charm jet is required to have p T > 30 GeV and |η| < 2 . 4. These are the first measurements of these cross sections in proton-proton collisions at 13 TeV. 
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  5. null (Ed.)
    Abstract This paper reports on a search for heavy resonances decaying into WW , ZZ or WZ using proton–proton collision data at a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s}=13$$ s = 13  TeV. The data, corresponding to an integrated luminosity of 139  $$\mathrm{fb}^{1}$$ fb 1 , were recorded with the ATLAS detector from 2015 to 2018 at the Large Hadron Collider. The search is performed for final states in which one W or Z boson decays leptonically, and the other W boson or Z boson decays hadronically. The data are found to be described well by expected backgrounds. Upper bounds on the production cross sections of heavy scalar, vector or tensor resonances are derived in the mass range 300–5000 GeV within the context of Standard Model extensions with warped extra dimensions or including a heavy vector triplet. Production through gluon–gluon fusion, Drell–Yan or vector-boson fusion are considered, depending on the assumed model. 
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