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Title: Measurement of the top quark mass using a profile likelihood approach with the lepton + jets final states in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$
Abstract The mass of the top quark is measured in 36.3$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 of LHC proton–proton collision data collected with the CMS detector at$$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V . 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 ± 0.37 Ge V . This approach significantly improves the precision over previous measurements.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10472553
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
83
Issue:
10
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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 = 13 Te V by 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$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V Higgs boson to invisible particles,$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$ B ( H inv ) , 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 ( H inv ) searches carried out at$${\sqrt{s}=7}$$ s = 7 , 8, and 13$$\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Te V in complementary production modes. The combined upper limit at 95% confidence level on$${\mathcal {B}({\textrm{H}} \rightarrow \text {inv})}$$ B ( H inv ) is 0.15 (0.08 expected). 
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  2. 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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  3. Abstract A search for exotic decays of the Higgs boson ($$\text {H}$$ H ) with a mass of 125$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V to a pair of light pseudoscalars$$\text {a}_{1} $$ a 1 is performed in final states where one pseudoscalar decays to two$${\textrm{b}}$$ b quarks and the other to a pair of muons or$$\tau $$ τ leptons. A data sample of proton–proton collisions at$$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\hspace{-.08em}\text {V} $$ s = 13 Te V corresponding to an integrated luminosity of 138$$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 recorded with the CMS detector is analyzed. No statistically significant excess is observed over the standard model backgrounds. Upper limits are set at 95% confidence level ($$\text {CL}$$ CL ) on the Higgs boson branching fraction to$$\upmu \upmu \text{ b } \text{ b } $$ μ μ b b and to$$\uptau \uptau \text{ b } \text{ b },$$ τ τ b b , via a pair of$$\text {a}_{1} $$ a 1 s. The limits depend on the pseudoscalar mass$$m_{\text {a}_{1}}$$ m a 1 and are observed to be in the range (0.17–3.3) $$\times 10^{-4}$$ × 10 - 4 and (1.7–7.7) $$\times 10^{-2}$$ × 10 - 2 in the$$\upmu \upmu \text{ b } \text{ b } $$ μ μ b b and$$\uptau \uptau \text{ b } \text{ b } $$ τ τ b b final states, respectively. In the framework of models with two Higgs doublets and a complex scalar singlet (2HDM+S), the results of the two final states are combined to determine upper limits on the branching fraction$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} \rightarrow \ell \ell \text{ b } \text{ b})$$ B ( H a 1 a 1 b b ) at 95%$$\text {CL}$$ CL , with$$\ell $$ being a muon or a$$\uptau $$ τ lepton. For different types of 2HDM+S, upper bounds on the branching fraction$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} )$$ B ( H a 1 a 1 ) are extracted from the combination of the two channels. In most of the Type II 2HDM+S parameter space,$${\mathcal {B}}(\text {H} \rightarrow \text {a}_{1} \text {a}_{1} )$$ B ( H a 1 a 1 ) values above 0.23 are excluded at 95%$$\text {CL}$$ CL for$$m_{\text {a}_{1}}$$ m a 1 values between 15 and 60$$\,\text {Ge}\hspace{-.08em}\text {V}$$ Ge V
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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 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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