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Title: Azimuthal correlations in Z +jets events in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$
Abstract The production of Z bosons associated with jets is measured in $$\text {p}\text {p}$$ pp collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V with data recorded with the CMS experiment at the LHC corresponding to an integrated luminosity of 36.3 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The multiplicity of jets with transverse momentum $$p_{\textrm{T}} > 30\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V} $$ p T > 30 Ge V is measured for different regions of the Z boson’s $$p_{\textrm{T}} (\text {Z })$$ p T ( Z ) , from lower than 10 $$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V to higher than 100 $$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V . The azimuthal correlation $$\varDelta \phi $$ Δ ϕ between the Z boson and the leading jet, as well as the correlations between the two leading jets are measured in three regions of $$p_{\textrm{T}} (\text {Z })$$ p T ( Z ) . The measurements are compared with several predictions at leading and next-to-leading orders, interfaced with parton showers. Predictions based on transverse-momentum dependent parton distributions and corresponding parton showers give a good description of the measurement in the regions where multiple parton interactions and higher jet multiplicities are not important. The effects of multiple parton interactions are shown to be important to correctly describe the measured spectra in the low $$p_{\textrm{T}} (\text {Z })$$ p T ( Z ) regions.  more » « less
Award ID(s):
2209553 2121686
PAR ID:
10463777
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
83
Issue:
8
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract A measurement is presented of a ratio observable that provides a measure of the azimuthal correlations among jets with large transverse momentum$$p_{\textrm{T}}$$ p T . This observable is measured in multijet events over the range of$$p_{\textrm{T}} = 360$$ p T = 360 –$$3170\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V} $$ 3170 Ge V based on data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V , corresponding to an integrated luminosity of 134$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The results are compared with predictions from Monte Carlo parton-shower event generator simulations, as well as with fixed-order perturbative quantum chromodynamics (pQCD) predictions at next-to-leading-order (NLO) accuracy obtained with different parton distribution functions (PDFs) and corrected for nonperturbative and electroweak effects. Data and theory agree within uncertainties. From the comparison of the measured observable with the pQCD prediction obtained with the NNPDF3.1 NLO PDFs, the strong coupling at the Z boson mass scale is$$\alpha _\textrm{S} (m_{{\textrm{Z}}}) =0.1177 \pm 0.0013\, \text {(exp)} _{-0.0073}^{+0.0116} \,\text {(theo)} = 0.1177_{-0.0074}^{+0.0117}$$ α S ( m Z ) = 0.1177 ± 0.0013 (exp) - 0.0073 + 0.0116 (theo) = 0 . 1177 - 0.0074 + 0.0117 , where the total uncertainty is dominated by the scale dependence of the fixed-order predictions. A test of the running of$$\alpha _\textrm{S}$$ α S in the$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V region shows no deviation from the expected NLO pQCD behaviour. 
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  2. 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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  3. Abstract A measurement of the dijet production cross section is reported based on proton–proton collision data collected in 2016 at$$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V by the CMS experiment at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of up to 36.3$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . Jets are reconstructed with the anti-$$k_{\textrm{T}} $$ k T algorithm for distance parameters of$$R=0.4$$ R = 0.4 and 0.8. Cross sections are measured double-differentially (2D) as a function of the largest absolute rapidity$$|y |_{\text {max}} $$ | y | max of the two jets with the highest transverse momenta$$p_{\textrm{T}}$$ p T and their invariant mass$$m_{1,2} $$ m 1 , 2 , and triple-differentially (3D) as a function of the rapidity separation$$y^{*} $$ y , the total boost$$y_{\text {b}} $$ y b , and either$$m_{1,2} $$ m 1 , 2 or the average$$p_{\textrm{T}}$$ p T of the two jets. The cross sections are unfolded to correct for detector effects and are compared with fixed-order calculations derived at next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. The impact of the measurements on the parton distribution functions and the strong coupling constant at the mass of the$${\text {Z}} $$ Z boson is investigated, yielding a value of$$\alpha _\textrm{S} (m_{{\text {Z}}}) =0.1179\pm 0.0019$$ α S ( m Z ) = 0.1179 ± 0.0019
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  4. 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$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ p T ( ) , and$$\varphi ^{*}_{\eta }$$ φ η . The$$\varphi ^{*}_{\eta }$$ φ η observable, derived from angular measurements of the leptons and highly correlated with$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ p T ( ) , is used to probe the low-$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$ p T ( ) region in a complementary way. Dilepton masses up to 1$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$ Te V are 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$$m_{\ell \ell }$$ m ranges 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 - 1 of proton–proton collisions recorded with the CMS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$ Te V . Measurements are compared with predictions based on perturbative quantum chromodynamics, including soft-gluon resummation. 
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  5. Abstract Jet energy scale and resolution measurements with their associated uncertainties are reported for jets using 36–81 fb $$^{-1}$$ - 1 of proton–proton collision data with a centre-of-mass energy of $$\sqrt{s}=13$$ s = 13   $${\text {Te}}{\text {V}}$$ TeV collected by the ATLAS detector at the LHC. Jets are reconstructed using two different input types: topo-clusters formed from energy deposits in calorimeter cells, as well as an algorithmic combination of charged-particle tracks with those topo-clusters, referred to as the ATLAS particle-flow reconstruction method. The anti- $$k_t$$ k t jet algorithm with radius parameter $$R=0.4$$ R = 0.4 is the primary jet definition used for both jet types. This result presents new jet energy scale and resolution measurements in the high pile-up conditions of late LHC Run 2 as well as a full calibration of particle-flow jets in ATLAS. Jets are initially calibrated using a sequence of simulation-based corrections. Next, several in situ techniques are employed to correct for differences between data and simulation and to measure the resolution of jets. The systematic uncertainties in the jet energy scale for central jets ( $$|\eta |<1.2$$ | η | < 1.2 ) vary from 1% for a wide range of high- $$p_{{\text {T}}}$$ p T jets ( $$2502.5~{\text {Te}}{\text {V}}$$ > 2.5 TeV ). The relative jet energy resolution is measured and ranges from ( $$24 \pm 1.5$$ 24 ± 1.5 )% at 20  $${\text {Ge}}{\text {V}}$$ GeV to ( $$6 \pm 0.5$$ 6 ± 0.5 )% at 300  $${\text {Ge}}{\text {V}}$$ GeV . 
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