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This content will become publicly available on July 1, 2024

Title: Measurement of the differential $$\hbox {t}\overline{\hbox {t}}$$ production cross section as a function of the jet mass and extraction of the top quark mass in hadronic decays of boosted top quarks
Abstract A measurement of the jet mass distribution in hadronic decays of Lorentz-boosted top quarks is presented. The measurement is performed in the lepton + jets channel of top quark pair production ( $$\hbox {t}\overline{\hbox {t}}$$ t t ¯ ) events, where the lepton is an electron or muon. The products of the hadronic top quark decay are reconstructed using a single large-radius jet with transverse momentum greater than 400 $$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V . The data were collected with the CMS detector at the LHC in proton-proton collisions and correspond to an integrated luminosity of 138 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The differential $$\hbox {t}\overline{\hbox {t}}$$ t t ¯ production cross section as a function of the jet mass is unfolded to the particle level and is used to extract the top quark mass. The jet mass scale is calibrated using the hadronic W boson decay within the large-radius jet. The uncertainties in the modelling of the final state radiation are reduced by studying angular correlations in the jet substructure. These developments lead to a significant increase in precision, and a top quark mass of $$173.06 \pm 0.84\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V} $$ 173.06 ± 0.84 Ge V .  more » « less
Award ID(s):
2209553 2121686
NSF-PAR ID:
10463776
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
83
Issue:
7
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. Abstract

    The mass of the top quark is measured in 36.3$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1of LHC proton–proton collision data collected with the CMS detector at$$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$s=13TeV. The measurement uses a sample of top quark pair candidate events containing one isolated electron or muon and at least four jets in the final state. For each event, the mass is reconstructed from a kinematic fit of the decay products to a top quark pair hypothesis. A profile likelihood method is applied using up to four observables per event to extract the top quark mass. The top quark mass is measured to be$$171.77\pm 0.37\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V} $$171.77±0.37GeV. This approach significantly improves the precision over previous measurements.

     
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  2. Abstract

    A search for decays to invisible particles of Higgs bosons produced in association with a top-antitop quark pair or a vector boson, which both decay to a fully hadronic final state, has been performed using proton-proton collision data collected at$${\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}}$$s=13TeVby the CMS experiment at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1. The 95% confidence level upper limit set on the branching fraction of the 125$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$GeVHiggs boson to invisible particles,$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$B(Hinv), is 0.54 (0.39 expected), assuming standard model production cross sections. The results of this analysis are combined with previous$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$B(Hinv)searches carried out at$${\sqrt{s}=7}$$s=7, 8, and 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$TeVin complementary production modes. The combined upper limit at 95% confidence level on$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$B(Hinv)is 0.15 (0.08 expected).

     
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  3. Abstract

    The double differential cross sections of the Drell–Yan lepton pair ($$\ell ^+\ell ^-$$+-, dielectron or dimuon) production are measured as functions of the invariant mass$$m_{\ell \ell }$$m, transverse momentum$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$pT(), and$$\varphi ^{*}_{\eta }$$φη. The$$\varphi ^{*}_{\eta }$$φηobservable, derived from angular measurements of the leptons and highly correlated with$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$pT(), is used to probe the low-$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$pT()region in a complementary way. Dilepton masses up to 1$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$TeVare investigated. Additionally, a measurement is performed requiring at least one jet in the final state. To benefit from partial cancellation of the systematic uncertainty, the ratios of the differential cross sections for various$$m_{\ell \ell }$$mranges to those in the Z mass peak interval are presented. The collected data correspond to an integrated luminosity of 36.3$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1of proton–proton collisions recorded with the CMS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$TeV. Measurements are compared with predictions based on perturbative quantum chromodynamics, including soft-gluon resummation.

     
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  4. Abstract The mass of the top quark is measured using a sample of $${{\text {t}}\overline{{\text {t}}}}$$ t t ¯ events collected by the CMS detector using proton-proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ s = 13 $$\,\text {TeV}$$ TeV at the CERN LHC. Events are selected with one isolated muon or electron and at least four jets from data corresponding to an integrated luminosity of 35.9 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . For each event the mass is reconstructed from a kinematic fit of the decay products to a $${{\text {t}}\overline{{\text {t}}}}$$ t t ¯ hypothesis. Using the ideogram method, the top quark mass is determined simultaneously with an overall jet energy scale factor (JSF), constrained by the mass of the W boson in $${\text {q}} \overline{{\text {q}}} ^\prime $$ q q ¯ ′ decays. The measurement is calibrated on samples simulated at next-to-leading order matched to a leading-order parton shower. The top quark mass is found to be $$172.25 \pm 0.08\,\text {(stat+JSF)} \pm 0.62\,\text {(syst)} \,\text {GeV} $$ 172.25 ± 0.08 (stat+JSF) ± 0.62 (syst) GeV . The dependence of this result on the kinematic properties of the event is studied and compared to predictions of different models of $${{\text {t}}\overline{{\text {t}}}}$$ t t ¯ production, and no indications of a bias in the measurements are observed. 
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  5. null (Ed.)
    Abstract The rate for Higgs ( $${\mathrm{H}} $$ H ) bosons production in association with either one ( $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H ) or two ( $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H ) top quarks is measured in final states containing multiple electrons, muons, or tau leptons decaying to hadrons and a neutrino, using proton–proton collisions recorded at a center-of-mass energy of $$13\,\text {TeV} $$ 13 TeV by the CMS experiment. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The analysis is aimed at events that contain $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{W}} {\mathrm{W}} $$ H → W W , $${\mathrm{H}} \rightarrow {\uptau } {\uptau } $$ H → τ τ , or $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ H → Z Z decays and each of the top quark(s) decays either to lepton+jets or all-jet channels. Sensitivity to signal is maximized by including ten signatures in the analysis, depending on the lepton multiplicity. The separation among $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H , $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H , and the backgrounds is enhanced through machine-learning techniques and matrix-element methods. The measured production rates for the $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H and $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H signals correspond to $$0.92 \pm 0.19\,\text {(stat)} ^{+0.17}_{-0.13}\,\text {(syst)} $$ 0.92 ± 0.19 (stat) - 0.13 + 0.17 (syst) and $$5.7 \pm 2.7\,\text {(stat)} \pm 3.0\,\text {(syst)} $$ 5.7 ± 2.7 (stat) ± 3.0 (syst) of their respective standard model (SM) expectations. The corresponding observed (expected) significance amounts to 4.7 (5.2) standard deviations for $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H , and to 1.4 (0.3) for $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H production. Assuming that the Higgs boson coupling to the tau lepton is equal in strength to its expectation in the SM, the coupling $$y_{{\mathrm{t}}}$$ y t of the Higgs boson to the top quark divided by its SM expectation, $$\kappa _{{\mathrm{t}}}=y_{{\mathrm{t}}}/y_{{\mathrm{t}}}^{\mathrm {SM}}$$ κ t = y t / y t SM , is constrained to be within $$-0.9< \kappa _{{\mathrm{t}}}< -0.7$$ - 0.9 < κ t < - 0.7 or $$0.7< \kappa _{{\mathrm{t}}}< 1.1$$ 0.7 < κ t < 1.1 , at 95% confidence level. This result is the most sensitive measurement of the $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H production rate to date. 
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