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Title: Measurements of the associated production of a W boson and a charm quark in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=8\,\text {TeV} $$
Abstract Measurements of the associated production of a W boson and a charm ($${\text {c}}$$ c ) quark in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of 8$$\,\text {TeV}$$ TeV are reported. The analysis uses a data sample corresponding to a total integrated luminosity of 19.7$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 collected by the CMS detector at the LHC. The W bosons are identified through their leptonic decays to an electron or a muon, and a neutrino. Charm quark jets are selected using distinctive signatures of charm hadron decays. The product of the cross section and branching fraction$$\sigma (\text {p}\text {p}\rightarrow \text {W}+ {\text {c}}+ \text {X}) {\mathcal {B}}(\text {W}\rightarrow \ell \upnu )$$ σ ( pp W + c + X ) B ( W ν ) , where$$\ell = \text {e}$$ = e or$$\upmu $$ μ , and the cross section ratio$$\sigma (\text {p}\text {p}\rightarrow {{\text {W}}^{+} + \bar{{\text {c}}} + \text {X}}) / \sigma (\text {p}\text {p}\rightarrow {{\text {W}}^{-} + {\text {c}}+ \text {X}})$$ σ ( pp W + + c ¯ + X ) / σ ( pp W - + c + X ) are measured in a fiducial volume and differentially as functions of the pseudorapidity and of the transverse momentum of the lepton from the W boson decay. The results are compared with theoretical predictions. The impact of these measurements on the determination of the strange quark distribution is assessed.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10471499
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
82
Issue:
12
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract The strange quark content of the proton is probed through the measurement of the production cross section for a W boson and a charm (c) quark in proton–proton collisions at a center-of-mass energy of 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V . The analysis uses a data sample corresponding to a total integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 collected with the CMS detector at the LHC. The W bosons are identified through their leptonic decays to an electron or a muon, and a neutrino. Charm jets are tagged using the presence of a muon or a secondary vertex inside the jet. The$$\hbox {W}+\hbox {c}$$ W + c production cross section and the cross section ratio$$R_\textrm{c}^{\pm }= \sigma ({\hbox {W}}^{+}+\bar{\text {c}})/\sigma (\hbox {W}^{-}+{\textrm{c}})$$ R c ± = σ ( W + + c ¯ ) / σ ( W - + c ) are measured inclusively and differentially as functions of the transverse momentum and the pseudorapidity of the lepton originating from the W boson decay. The precision of the measurements is improved with respect to previous studies, reaching 1% in$$R_\textrm{c}^{\pm }= 0.950 \pm 0.005\,\text {(stat)} \pm 0.010 \,\text {(syst)} $$ R c ± = 0.950 ± 0.005 (stat) ± 0.010 (syst) . The measurements are compared with theoretical predictions up to next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. 
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  2. Abstract The total charm-quark production cross section per unit of rapidity$$\textrm{d}\sigma ({{\textrm{c}}\overline{\textrm{c}}})/\textrm{d}y$$ d σ ( c c ¯ ) / d y , and the fragmentation fractions of charm quarks to different charm-hadron species$$f(\textrm{c}\rightarrow {\textrm{h}}_{\textrm{c}})$$ f ( c h c ) , are measured for the first time in p–Pb collisions at$$\sqrt{s_\textrm{NN}} = 5.02~\text {Te}\hspace{-1.00006pt}\textrm{V} $$ s NN = 5.02 Te V at midrapidity ($$-0.96<0.04$$ - 0.96 < y < 0.04 in the centre-of-mass frame) using data collected by ALICE at the CERN LHC. The results are obtained based on all the available measurements of prompt production of ground-state charm-hadron species:$$\textrm{D}^{0}$$ D 0 ,$$\textrm{D}^{+}$$ D + ,$$\textrm{D}_\textrm{s}^{+}$$ D s + , and$$\mathrm {J/\psi }$$ J / ψ mesons, and$$\Lambda _\textrm{c}^{+}$$ Λ c + and$$\Xi _\textrm{c}^{0}$$ Ξ c 0 baryons. The resulting cross section is$$ \textrm{d}\sigma ({{\textrm{c}}\overline{\textrm{c}}})/\textrm{d}y =219.6 \pm 6.3\;(\mathrm {stat.}) {\;}_{-11.8}^{+10.5}\;(\mathrm {syst.}) {\;}_{-2.9}^{+8.3}\;(\mathrm {extr.})\pm 5.4\;(\textrm{BR})\pm 4.6\;(\mathrm {lumi.}) \pm 19.5\;(\text {rapidity shape})+15.0\;(\Omega _\textrm{c}^{0})\;\textrm{mb} $$ d σ ( c c ¯ ) / d y = 219.6 ± 6.3 ( stat . ) - 11.8 + 10.5 ( syst . ) - 2.9 + 8.3 ( extr . ) ± 5.4 ( BR ) ± 4.6 ( lumi . ) ± 19.5 ( rapidity shape ) + 15.0 ( Ω c 0 ) mb , which is consistent with a binary scaling of pQCD calculations from pp collisions. The measured fragmentation fractions are compatible with those measured in pp collisions at$$\sqrt{s} = 5.02$$ s = 5.02 and 13 TeV, showing an increase in the relative production rates of charm baryons with respect to charm mesons in pp and p–Pb collisions compared with$$\mathrm {e^{+}e^{-}}$$ e + e - and$$\mathrm {e^{-}p}$$ e - p collisions. The$$p_\textrm{T}$$ p T -integrated nuclear modification factor of charm quarks,$$R_\textrm{pPb}({\textrm{c}}\overline{\textrm{c}})= 0.91 \pm 0.04\;\mathrm{(stat.)} ^{+0.08}_{-0.09}\;\mathrm{(syst.)} ^{+0.05}_{-0.03}\;\mathrm{(extr.)} \pm 0.03\;\mathrm{(lumi.)}$$ R pPb ( c c ¯ ) = 0.91 ± 0.04 ( stat . ) - 0.09 + 0.08 ( syst . ) - 0.03 + 0.05 ( extr . ) ± 0.03 ( lumi . ) , is found to be consistent with unity and with theoretical predictions including nuclear modifications of the parton distribution functions. 
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  3. A<sc>bstract</sc> In this paper we explorepp→W±(ℓ±ν)γto$$ \mathcal{O}\left(1/{\Lambda}^4\right) $$ O 1 / Λ 4 in the SMEFT expansion. Calculations to this order are necessary to properly capture SMEFT contributions that grow with energy, as the interference between energy-enhanced SMEFT effects at$$ \mathcal{O}\left(1/{\Lambda}^2\right) $$ O 1 / Λ 2 and the Standard Model is suppressed. We find that there are several dimension eight operators that interfere with the Standard Model and lead to the same energy growth, ~$$ \mathcal{O}\left({E}^4/{\Lambda}^4\right) $$ O E 4 / Λ 4 , as dimension six squared. While energy-enhanced SMEFT contributions are a main focus, our calculation includes the complete set of$$ \mathcal{O}\left(1/{\Lambda}^4\right) $$ O 1 / Λ 4 SMEFT effects consistent with U(3)5flavor symmetry. Additionally, we include the decay of theW±→ ℓ±ν, making the calculation actually$$ \overline{q}{q}^{\prime}\to {\ell}^{\pm}\nu \gamma $$ q ¯ q ± νγ . As such, we are able to study the impact of non-resonant SMEFT operators, such as$$ \left({L}^{\dagger }{\overline{\sigma}}^{\mu }{\tau}^IL\right)\left({Q}^{\dagger }{\overline{\sigma}}^{\nu }{\tau}^IQ\right) $$ L σ ¯ μ τ I L Q σ ¯ ν τ I Q Bμν, which contribute to$$ \overline{q}{q}^{\prime}\to {\ell}^{\pm}\nu \gamma $$ q ¯ q ± νγ directly and not to$$ \overline{q}{q}^{\prime}\to {W}^{\pm}\gamma $$ q ¯ q W ± γ . We show several distributions to illustrate the shape differences of the different contributions. 
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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 A search is reported for charge-parity$$CP$$ CP violation in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D 0 K S 0 K S 0 decays, using data collected in proton–proton collisions at$$\sqrt{s} = 13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V recorded by the CMS experiment in 2018. The analysis uses a dedicated data set that corresponds to an integrated luminosity of 41.6$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 , which consists of about 10 billion events containing a pair of b hadrons, nearly all of which decay to charm hadrons. The flavor of the neutral D meson is determined by the pion charge in the reconstructed decays$${{{\textrm{D}}}^{{*+}}} \rightarrow {{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} $$ D + D 0 π + and$${{{\textrm{D}}}^{{*-}}} \rightarrow {\overline{{\textrm{D}}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D - D ¯ 0 π - . The$$CP$$ CP asymmetry in$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} $$ D 0 K S 0 K S 0 is measured to be$$A_{CP} ({{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} ) = (6.2 \pm 3.0 \pm 0.2 \pm 0.8)\%$$ A CP ( K S 0 K S 0 ) = ( 6.2 ± 3.0 ± 0.2 ± 0.8 ) % , where the three uncertainties represent the statistical uncertainty, the systematic uncertainty, and the uncertainty in the measurement of the$$CP$$ CP asymmetry in the$${{{\textrm{D}}}^{{0}}} \rightarrow {{\textrm{K}} _{\text {S}}^{{0}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{+}}} {{{\mathrm{\uppi }}}^{{-}}} $$ D 0 K S 0 π + π - decay. This is the first$$CP$$ CP asymmetry measurement by CMS in the charm sector as well as the first to utilize a fully hadronic final state. 
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