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Title: Muon identification using multivariate techniques in the CMS experiment in proton-proton collisions at sqrt(s) = 13 TeV
Abstract The identification of prompt and isolated muons, as well as muons from heavy-flavour hadron decays, is an important task. We developed two multivariate techniques to provide highly efficient identification for muons with transverse momentum greater than 10 GeV. One provides a continuous variable as an alternative to a cut-based identification selection and offers a better discrimination power against misidentified muons. The other one selects prompt and isolated muons by using isolation requirements to reduce the contamination from nonprompt muons arising in heavy-flavour hadron decays. Both algorithms are developed using 59.7 fb-1of proton-proton collisions data at a centre-of-mass energy of √(s)=13 TeV collected in 2018 with the CMS experiment at the CERN LHC.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10548598
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Institute of Physics
Date Published:
Journal Name:
Journal of Instrumentation
Volume:
19
Issue:
02
ISSN:
1748-0221
Page Range / eLocation ID:
P02031
Format(s):
Medium: X
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National Science Foundation
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  1. Abstract “Soft” muons with a transverse momentum below 10 GeV are featured in many processes studied by the CMS experiment, such as decays of heavy-flavor hadrons or rare tau lepton decays. Maximizing the selection efficiency for these muons, while simultaneously suppressing backgrounds from long-lived light-flavor hadron decays, is therefore important for the success of the CMS physics program. Multivariate techniques have been shown to deliver better muon identification performance than traditional selection techniques. To take full advantage of the large data set currently being collected during Run 3 of the CERN LHC, a new multivariate classifier based on a gradient-boosted decision tree has been developed. It offers a significantly improved separation of signal and background muons compared to a similar classifier used for the analysis of the Run 2 data. The performance of the new classifier is evaluated on a data set collected with the CMS detector in 2022 and 2023, corresponding to an integrated luminosity of 62 fb-1
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  2. A<sc>bstract</sc> A search is presented for a heavy resonance decaying into a Z boson and a Higgs (H) boson. The analysis is based on data from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1, recorded with the CMS experiment in the years 2016–2018. Resonance masses between 1.4 and 5 TeV are considered, resulting in large transverse momenta of the Z and H bosons. Final states that result from Z boson decays to pairs of electrons, muons, or neutrinos are considered. The H boson is reconstructed as a single large-radius jet, recoiling against the Z boson. Machine-learning flavour-tagging techniques are employed to identify decays of a Lorentz-boosted H boson into pairs of charm or bottom quarks, or into four quarks via the intermediate H → WW*and ZZ*decays. The analysis targets H boson decays that were not generally included in previous searches using the H →$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ channel. Compared with previous analyses, the sensitivity for high resonance masses is improved significantly in the channel where at most one b quark is tagged. 
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  3. A<sc>bstract</sc> An inclusive search for long-lived exotic particles decaying to a pair of muons is presented. The search uses data collected by the CMS experiment at the CERN LHC in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV in 2016 and 2018 and corresponding to an integrated luminosity of 97.6 fb−1. The experimental signature is a pair of oppositely charged muons originating from a common secondary vertex spatially separated from the pp interaction point by distances ranging from several hundredμm to several meters. The results are interpreted in the frameworks of the hidden Abelian Higgs model, in which the Higgs boson decays to a pair of long-lived dark photons ZD, and of a simplified model, in which long-lived particles are produced in decays of an exotic heavy neutral scalar boson. For the hidden Abelian Higgs model withm(ZD) greater than 20 GeV and less than half the mass of the Higgs boson, they provide the best limits to date on the branching fraction of the Higgs boson to dark photons forcτ(ZD) (varying withm(ZD)) between 0.03 and ≈0.5 mm, and above ≈0.5 m. Our results also yield the best constraints on long-lived particles with masses larger than 10 GeV produced in decays of an exotic scalar boson heavier than the Higgs boson and decaying to a pair of muons. 
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  4. A<sc>bstract</sc> The fractions of non-prompt (i.e. originating from beauty-hadron decays) D0and D+mesons with respect to the inclusive yield are measured as a function of the charged-particle multiplicity in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV with the ALICE detector at the LHC. The results are reported in intervals of transverse momentum (pT) and integrated in the range 1< pT<24 GeV/c. The fraction of non-prompt D0and D+mesons is found to increase slightly as a function ofpTin all the measured multiplicity intervals, while no significant dependence on the charged-particle multiplicity is observed. In order to investigate the production and hadronisation mechanisms of charm and beauty quarks, the results are compared to PYTHIA 8 as well as EPOS 3 and EPOS 4 Monte Carlo simulations, and to calculations based on the colour glass condensate including three-pomeron fusion. 
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  5. A<sc>bstract</sc> A search for new heavy scalars with flavour-violating decays in final states with multiple leptons andb-tagged jets is presented. The results are interpreted in terms of a general two-Higgs-doublet model involving an additional scalar with couplings to the top-quark and the three up-type quarks (ρtttc, andρtu). The targeted signals lead to final states with either a same-sign top-quark pair, three top-quarks, or four top-quarks. The search is based on a data sample of proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded with the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb−1. Events are categorised depending on the multiplicity of light charged leptons (electrons or muons), total lepton charge, and a deep-neural-network output to enhance the purity of each of the signals. Masses of an additional scalar bosonmHbetween 200 − 630 GeV with couplingsρtt= 0.4,ρtc= 0.2, andρtu= 0.2 are excluded at 95% confidence level. Additional interpretations are provided in models ofR-parity violating supersymmetry, motivated by the recent flavour and (g −2)μanomalies. 
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