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  • Inclusive and differential cross section measurements of $$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ production in the lepton+jets channel at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
Title: Inclusive and differential cross section measurements of $$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ production in the lepton+jets channel at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A<sc>bstract</sc> Measurements of inclusive and normalized differential cross sections of the associated production of top quark-antiquark and bottom quark-antiquark pairs,$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ t t ¯ b b ¯ , are presented. The results are based on data from proton-proton collisions collected by the CMS detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. The cross sections are measured in the lepton+jets decay channel of the top quark pair, using events containing exactly one isolated electron or muon and at least five jets. Measurements are made in four fiducial phase space regions, targeting different aspects of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ t t ¯ b b ¯ process. Distributions are unfolded to the particle level through maximum likelihood fits, and compared with predictions from several event generators. The inclusive cross section measurements of this process in the fiducial phase space regions are the most precise to date. In most cases, the measured inclusive cross sections exceed the predictions with the chosen generator settings. The only exception is when using a particular choice of dynamic renormalization scale,$$ {\mu}_{\textrm{R}}=\frac{1}{2}{\prod}_{i=\textrm{t},\overline{\textrm{t}},\textrm{b},\overline{\textrm{b}}}{m}_{\textrm{T},i}^{1/4} $$ μ R = 1 2 ∏ i = t , t ¯ , b , b ¯ m T , i 1 / 4 , where$$ {m}_{\textrm{T},i}^2={m}_i^2+{p}_{\textrm{T},i}^2 $$ m T , i 2 = m i 2 + p T , i 2 are the transverse masses of top and bottom quarks. The differential cross sections show varying degrees of compatibility with the theoretical predictions, and none of the tested generators with the chosen settings simultaneously describe all the measured distributions.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10549597
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2024
Issue:
5
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> An analysis of the production of a Higgs boson (H) in association with a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H ) or a single top quark (tH) is presented. The Higgs boson decay into a bottom quark-antiquark pair (H →$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ ) is targeted, and three different final states of the top quark decays are considered, defined by the number of leptons (electrons or muons) in the event. The analysis utilises proton-proton collision data collected at the CERN LHC with the CMS experiment at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV in 2016–2018, which correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. The observed$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate relative to the standard model expectation is 0.33 ± 0.26 = 0.33 ± 0.17(stat) ± 0.21(syst). Additionally, the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate is determined in intervals of Higgs boson transverse momentum. An upper limit at 95% confidence level is set on the tH production rate of 14.6 times the standard model prediction, with an expectation of$$ {19.3}_{-6.0}^{+9.2} $$ 19.3 − 6.0 + 9.2 . Finally, constraints are derived on the strength and structure of the coupling between the Higgs boson and the top quark from simultaneous extraction of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H and tH production rates, and the results are combined with those obtained in other Higgs boson decay channels. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract The transverse momentum ($$p_{\textrm{T}}$$ p T ) differential production cross section of the promptly produced charm-strange baryon$$\mathrm {\Xi _{c}^{0}}$$ Ξ c 0 (and its charge conjugate$$\overline{\mathrm {\Xi _{c}^{0}}}$$ Ξ c 0 ¯ ) is measured at midrapidity via its hadronic decay into$$\mathrm{\pi ^{+}}\Xi ^{-}$$ π + Ξ - in p–Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon–nucleon collision$$\sqrt{s_{\textrm{NN}}}~=~5.02$$ s NN = 5.02  TeV with the ALICE detector at the LHC. The$$\mathrm {\Xi _{c}^{0}}$$ Ξ c 0 nuclear modification factor ($$R_{\textrm{pPb}}$$ R pPb ), calculated from the cross sections in pp and p–Pb collisions, is presented and compared with the$$R_{\textrm{pPb}}$$ R pPb of$$\mathrm {\Lambda _{c}^{+}}$$ Λ c + baryons. The ratios between the$$p_{\textrm{T}}$$ p T -differential production cross section of$$\mathrm {\Xi _{c}^{0}}$$ Ξ c 0 baryons and those of$$\mathrm {D^0}$$ D 0 mesons and$$\mathrm {\Lambda _{c}^{+}}$$ Λ c + baryons are also reported and compared with results at forward and backward rapidity from the LHCb Collaboration. The measurements of the production cross section of prompt$$\Xi ^0_\textrm{c}$$ Ξ c 0 baryons are compared with a model based on perturbative QCD calculations of charm-quark production cross sections, which includes only cold nuclear matter effects in p–Pb collisions, and underestimates the measurement by a factor of about 50. This discrepancy is reduced when the data is compared with a model that includes string formation beyond leading-colour approximation or in which hadronisation is implemented via quark coalescence. The$$p_{\textrm{T}}$$ p T -integrated cross section of prompt$$\Xi ^0_\textrm{c}$$ Ξ c 0 -baryon production at midrapidity extrapolated down to$$p_{\textrm{T}}$$ p T = 0 is also reported. These measurements offer insights and constraints for theoretical calculations of the hadronisation process. Additionally, they provide inputs for the calculation of the charm production cross section in p–Pb collisions at midrapidity. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A measurement of the top quark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ ) production cross section in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 5.02 TeV is presented. The data were collected at the LHC in autumn 2017, in dedicated runs with low-energy and low-intensity conditions with respect to the default configuration, and correspond to an integrated luminosity of 302 pb−1. The measurement is performed using events with one electron or muon, and multiple jets, at least one of them being identified as originating from a b quark (b tagged). Events are classified based on the number of all reconstructed jets and of b-tagged jets. Multivariate analysis techniques are used to enhance the separation between the signal and backgrounds. The measured cross section is$$ 62.5\pm 1.6{\left(\textrm{stat}\right)}_{-2.5}^{+2.6}\left(\textrm{syst}\right)\pm 1.2\left(\textrm{lumi}\right) $$ 62.5 ± 1.6 stat − 2.5 + 2.6 syst ± 1.2 lumi pb. A combination with the result in the dilepton channel based on the same data set yields a value of 62.3 ± 1.5 (stat) ± 2.4 (syst) ± 1.2 (lumi) pb, to be compared with the standard model prediction of$$ {69.5}_{-3.7}^{+3.5} $$ 69.5 − 3.7 + 3.5 pb at next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A measurement of the top quark pole mass$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$ m t pole in events where a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ ) is produced in association with at least one additional jet ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ +jet) is presented. This analysis is performed using proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the CMS experiment at the CERN LHC, corresponding to a total integrated luminosity of 36.3 fb−1. Events with two opposite-sign leptons in the final state (e+e−,μ+μ−, e±μ∓) are analyzed. The reconstruction of the main observable and the event classification are optimized using multivariate analysis techniques based on machine learning. The production cross section is measured as a function of the inverse of the invariant mass of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ +jet system at the parton level using a maximum likelihood unfolding. Given a reference parton distribution function (PDF), the top quark pole mass is extracted using the theoretical predictions at next-to-leading order. For the ABMP16NLO PDF, this results in$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$ m t pole = 172.93±1.36 GeV. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Measurements of the production cross sections of prompt D0, D+, D*+,$$ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $$ D s + ,$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + , and$$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$ Ξ c + charm hadrons at midrapidity in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV with the ALICE detector are presented. The D-meson cross sections as a function of transverse momentum (pT) are provided with improved precision and granularity. The ratios ofpT-differential meson production cross sections based on this publication and on measurements at different rapidity and collision energy provide a constraint on gluon parton distribution functions at low values of Bjorken-x(10−5–10−4). The measurements of$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + ($$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$ Ξ c + ) baryon production extend the measuredpTintervals down topT= 0(3) GeV/c. These measurements are used to determine the charm-quark fragmentation fractions and the$$ \textrm{c}\overline{\textrm{c}} $$ c c ¯ production cross section at midrapidity (|y|<0.5) based on the sum of the cross sections of the weakly-decaying ground-state charm hadrons D0, D+,$$ {\textrm{D}}_{\textrm{s}}^{+} $$ D s + ,$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + ,$$ {\Xi}_{\textrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 and, for the first time,$$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$ Ξ c + , and of the strongly-decaying J/ψmesons. The first measurements of$$ {\Xi}_{\textrm{c}}^{+} $$ Ξ c + and$$ {\Sigma}_{\textrm{c}}^{0,++} $$ Σ c 0 , + + fragmentation fractions at midrapidity are also reported. A significantly larger fraction of charm quarks hadronising to baryons is found compared to e+e−and ep collisions. The$$ \textrm{c}\overline{\textrm{c}} $$ c c ¯ production cross section at midrapidity is found to be at the upper bound of state-of-the-art perturbative QCD calculations. 
    more » « less
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