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Title: Measurement of the Drell-Yan forward-backward asymmetry at high dilepton masses in proton-proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A bstract A measurement of the forward-backward asymmetry of pairs of oppositely charged leptons (dimuons and dielectrons) produced by the Drell-Yan process in proton-proton collisions is presented. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 138 fb − 1 collected with the CMS detector at the LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV. The asymmetry is measured as a function of lepton pair mass for masses larger than 170 GeV and compared with standard model predictions. An inclusive measurement across both channels and the full mass range yields an asymmetry of 0 . 612 ± 0 . 005 (stat) ± 0 . 007 (syst). As a test of lepton flavor universality, the difference between the dimuon and dielectron asymmetries is measured as well. No statistically significant deviations from standard model predictions are observed. The measurements are used to set limits on the presence of additional gauge bosons. For a Z′ boson in the sequential standard model the observed (expected) 95% confidence level lower limit on the Z′ mass is 4.4 TeV (3.7 TeV).  more » « less
Award ID(s):
2012584 2121686
PAR ID:
10420357
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
8
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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 greater 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. 
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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 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. 
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  4. Abstract A search for low-mass dilepton resonances in Higgs boson decays is conducted in the four-lepton final state. The decay is assumed to proceed via a pair of beyond the standard model particles, or one such particle and a $${\mathrm{Z}}$$ Z boson. The search uses proton–proton collision data collected with the CMS detector at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , at a center-of-mass energy $$\sqrt{s} = 13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV . No significant deviation from the standard model expectation is observed. Upper limits at 95% confidence level are set on model-independent Higgs boson decay branching fractions. Additionally, limits on dark photon and axion-like particle production, based on two specific models, are reported. 
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  5. A<sc>bstract</sc> The polarization ofτleptons is measured using leptonic and hadronicτlepton decays in Z →τ+τevents in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded by CMS at the CERN LHC with an integrated luminosity of 36.3 fb−1. The measuredτlepton polarization at the Z boson mass pole is$$ {\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ P τ Z = −0.144 ± 0.006 (stat) ± 0.014 (syst) = −0.144 ± 0.015, in good agreement with the measurement of theτlepton asymmetry parameter ofAτ= 0.1439 ± 0.0043 =$$ -{\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ P τ Z at LEP. Theτlepton polarization depends on the ratio of the vector to axial-vector couplings of theτleptons in the neutral current expression, and thus on the effective weak mixing angle sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff , independently of the Z boson production mechanism. The obtained value sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff = 0.2319 ± 0.0008(stat) ± 0.0018(syst) = 0.2319 ± 0.0019 is in good agreement with measurements ate+ecolliders. 
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