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Title: Combination of inclusive top-quark pair production cross-section measurements using ATLAS and CMS data at $$ \sqrt{s} $$ = 7 and 8 TeV
A bstract A combination of measurements of the inclusive top-quark pair production cross-section performed by ATLAS and CMS in proton–proton collisions at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV at the LHC is presented. The cross-sections are obtained using top-quark pair decays with an opposite-charge electron–muon pair in the final state and with data corresponding to an integrated luminosity of about 5 fb − 1 at $$ \sqrt{s} $$ s = 7 TeV and about 20 fb − 1 at $$ \sqrt{s} $$ s = 8 TeV for each experiment. The combined cross-sections are determined to be 178 . 5 ± 4 . 7 pb at $$ \sqrt{s} $$ s = 7 TeV and $$ {243.3}_{-5.9}^{+6.0} $$ 243.3 − 5.9 + 6.0 pb at $$ \sqrt{s} $$ s = 8 TeV with a correlation of 0.41, using a reference top-quark mass value of 172.5 GeV. The ratio of the combined cross-sections is determined to be R 8 / 7 = 1 . 363 ± 0 . 032. The combined measured cross-sections and their ratio agree well with theory calculations using several parton distribution function (PDF) sets. The values of the top-quark pole mass (with the strong coupling fixed at 0.118) and the strong coupling (with the top-quark pole mass fixed at 172.5 GeV) are extracted from the combined results by fitting a next-to-next-to-leading-order plus next-to-next-to-leading-log QCD prediction to the measurements. Using a version of the NNPDF3.1 PDF set containing no top-quark measurements, the results obtained are $$ {m}_t^{\textrm{pole}}={173.4}_{-2.0}^{+1.8} $$ m t pole = 173.4 − 2.0 + 1.8 GeV and $$ {\alpha}_{\textrm{s}}\left({m}_Z\right)={0.1170}_{-0.0018}^{+0.0021} $$ α s m Z = 0.1170 − 0.0018 + 0.0021 .  more » « less
Award ID(s):
2209764 2121686
PAR ID:
10438096
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2023
Issue:
7
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A<sc>bstract</sc> A measurement of the top quark pole mass$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$ m t pole in events where a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ ) is produced in association with at least one additional jet ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ +jet) is presented. This analysis is performed using proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the CMS experiment at the CERN LHC, corresponding to a total integrated luminosity of 36.3 fb−1. Events with two opposite-sign leptons in the final state (e+e+μ, e±μ) are analyzed. The reconstruction of the main observable and the event classification are optimized using multivariate analysis techniques based on machine learning. The production cross section is measured as a function of the inverse of the invariant mass of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ +jet system at the parton level using a maximum likelihood unfolding. Given a reference parton distribution function (PDF), the top quark pole mass is extracted using the theoretical predictions at next-to-leading order. For the ABMP16NLO PDF, this results in$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$ m t pole = 172.93±1.36 GeV. 
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  2. 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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  3. Abstract Multijet events at large transverse momentum ( $$p_{\textrm{T}}$$ p T ) are measured at $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV using data recorded with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of $$36.3{\,\text {fb}^{-1}} $$ 36.3 fb - 1 . The multiplicity of jets with $$p_{\textrm{T}} >50\,\text {GeV} $$ p T > 50 GeV that are produced in association with a high- $$p_{\textrm{T}}$$ p T dijet system is measured in various ranges of the $$p_{\textrm{T}}$$ p T of the jet with the highest transverse momentum and as a function of the azimuthal angle difference $$\varDelta \phi _{1,2}$$ Δ ϕ 1 , 2 between the two highest $$p_{\textrm{T}}$$ p T jets in the dijet system. The differential production cross sections are measured as a function of the transverse momenta of the four highest $$p_{\textrm{T}}$$ p T jets. The measurements are compared with leading and next-to-leading order matrix element calculations supplemented with simulations of parton shower, hadronization, and multiparton interactions. In addition, the measurements are compared with next-to-leading order matrix element calculations combined with transverse-momentum dependent parton densities and transverse-momentum dependent parton shower. 
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  4. null (Ed.)
    Abstract A search for pair production of scalar leptoquarks, each decaying into either an electron or a muon and a top quark, is presented. This is the first leptoquark search using ATLAS data to investigate top-philic cross-generational couplings that could provide explanations for recently observed anomalies in B meson decays. This analysis targets high leptoquark masses which cause the decay products of each resultant top quark to be contained within a single high- $$p_{\mathrm {T}}$$ p T large-radius jet. The full Run 2 dataset is exploited, consisting of $$139~\hbox {fb}^{-1}$$ 139 fb - 1 of data collected from proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13~\mathrm {TeV}$$ s = 13 TeV from 2015 to 2018 with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. In the absence of any significant deviation from the background expectation, lower limits on the leptoquark masses are set at $$1480~\mathrm {GeV}$$ 1480 GeV and $$1470~\mathrm {GeV}$$ 1470 GeV for the electron and muon channel, respectively. 
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  5. Abstract This article reports on the inclusive production cross section of several quarkonium states, $$\textrm{J}/\psi $$ J / ψ , $$\psi \mathrm{(2S)}$$ ψ ( 2 S ) , $$\Upsilon \mathrm (1S)$$ Υ ( 1 S ) , $$\Upsilon \mathrm{(2S)}$$ Υ ( 2 S ) , and $$\Upsilon \mathrm{(3S)}$$ Υ ( 3 S ) , measured with the ALICE detector at the LHC, in pp collisions at $$\sqrt{s} = 5.02$$ s = 5.02  TeV. The analysis is performed in the dimuon decay channel at forward rapidity ( $$2.5< y < 4$$ 2.5 < y < 4 ). The integrated cross sections and transverse-momentum ( $$p_{\textrm{T}}$$ p T ) and rapidity ( $$y$$ y ) differential cross sections for $$\textrm{J}/\psi $$ J / ψ , $$\psi \mathrm{(2S)}$$ ψ ( 2 S ) , $$\Upsilon \mathrm (1S)$$ Υ ( 1 S ) , and the $$\psi \mathrm{(2S)}$$ ψ ( 2 S ) -to- $$\textrm{J}/\psi $$ J / ψ cross section ratios are presented. The integrated cross sections, assuming unpolarized quarkonia, are: $$\sigma _{\textrm{J}/\psi }$$ σ J / ψ  ( $$p_{\textrm{T}} <20$$ p T < 20  GeV/c) = 5.88 ± 0.03 ± 0.34 $$ ~\mu $$ μ b, $$\sigma _{\psi \mathrm{(2S)}}$$ σ ψ ( 2 S )  ( $$p_{\textrm{T}} <12$$ p T < 12  GeV/c) = 0.87 ± 0.06 ± 0.10 $$~\mu $$ μ b, $$\sigma _{\Upsilon \mathrm (1S)}$$ σ Υ ( 1 S )  ( $$p_{\textrm{T}} <15$$ p T < 15  GeV/c) = 45.5 ± 3.9 ± 3.5 nb, $$\sigma _{\Upsilon \mathrm{(2S)}}$$ σ Υ ( 2 S )  ( $$p_{\textrm{T}} <15$$ p T < 15  GeV/c) = 22.4 ± 3.2 ± 2.7 nb, and $$\sigma _{\Upsilon \mathrm{(3S)}}$$ σ Υ ( 3 S )  ( $$p_{\textrm{T}} <15$$ p T < 15  GeV/c) = 4.9 ± 2.2 ± 1.0 nb, where the first (second) uncertainty is the statistical (systematic) one. For the first time, the cross sections of the three $$\Upsilon $$ Υ states, as well as the $$\psi \mathrm{(2S)}$$ ψ ( 2 S ) one as a function of $$p_{\textrm{T}}$$ p T and $$y$$ y , are measured at $$\sqrt{s} = 5.02$$ s = 5.02  TeV at forward rapidity. These measurements also significantly extend the $$\textrm{J}/\psi $$ J / ψ $$p_{\textrm{T}}$$ p T reach and supersede previously published results. A comparison with ALICE measurements in pp collisions at $$\sqrt{s} = 2.76$$ s = 2.76 , 7, 8, and 13 TeV is presented and the energy dependence of quarkonium production cross sections is discussed. Finally, the results are compared with the predictions from several production models. 
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