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Title: Performance of the CMS electromagnetic calorimeter in pp collisions at √ s = 13 TeV
Abstract The operation and performance of the Compact Muon Solenoid (CMS) electromagnetic calorimeter (ECAL) are presented, based on data collected in pp collisions at √s=13 TeV at the CERN LHC, in the years from 2015 to 2018 (LHC Run 2), corresponding to an integrated luminosity of 151 fb-1. The CMS ECAL is a scintillating lead-tungstate crystal calorimeter, with a silicon strip preshower detector in the forward region that provides precise measurements of the energy and the time-of-arrival of electrons and photons. The successful operation of the ECAL is crucial for a broad range of physics goals, ranging from observing the Higgs boson and measuring its properties, to other standard model measurements and searches for new phenomena. Precise calibration, alignment, and monitoring of the ECAL response are important ingredients to achieve these goals. To face the challenges posed by the higher luminosity, which characterized the operation of the LHC in Run 2, the procedures established during the 2011–2012 run of the LHC have been revisited and new methods have been developed for the energy measurement and for the ECAL calibration. The energy resolution of the calorimeter, for electrons from Z boson decays reaching the ECAL without significant loss of energy by bremsstrahlung, was better than 1.8%, 3.0%, and 4.5% in the |η| intervals [0.0,0.8], [0.8,1.5], [1.5, 2.5], respectively. This resulting performance is similar to that achieved during Run 1 in 2011–2012, in spite of the more severe running conditions.  more » « less
Award ID(s):
2121686 2309945
PAR ID:
10552265
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:
09
ISSN:
1748-0221
Page Range / eLocation ID:
P09004
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of Instrumentation)
    Abstract The ATLAS detector is installed in its experimental cavern at Point 1 of the CERN Large Hadron Collider. During Run 2 of the LHC, a luminosity of  ℒ = 2 × 1034cm-2s-1was routinely achieved at the start of fills, twice the design luminosity. For Run 3, accelerator improvements, notably luminosity levelling, allow sustained running at an instantaneous luminosity of  ℒ = 2 × 1034cm-2s-1, with an average of up to 60 interactions per bunch crossing. The ATLAS detector has been upgraded to recover Run 1 single-lepton trigger thresholds while operating comfortably under Run 3 sustained pileup conditions. A fourth pixel layer 3.3 cm from the beam axis was added before Run 2 to improve vertex reconstruction and b-tagging performance. New Liquid Argon Calorimeter digital trigger electronics, with corresponding upgrades to the Trigger and Data Acquisition system, take advantage of a factor of 10 finer granularity to improve triggering on electrons, photons, taus, and hadronic signatures through increased pileup rejection. The inner muon endcap wheels were replaced by New Small Wheels with Micromegas and small-strip Thin Gap Chamber detectors, providing both precision tracking and Level-1 Muon trigger functionality. Trigger coverage of the inner barrel muon layer near one endcap region was augmented with modules integrating new thin-gap resistive plate chambers and smaller-diameter drift-tube chambers. Tile Calorimeter scintillation counters were added to improve electron energy resolution and background rejection. Upgrades to Minimum Bias Trigger Scintillators and Forward Detectors improve luminosity monitoring and enable total proton-proton cross section, diffractive physics, and heavy ion measurements. These upgrades are all compatible with operation in the much harsher environment anticipated after the High-Luminosity upgrade of the LHC and are the first steps towards preparing ATLAS for the High-Luminosity upgrade of the LHC. This paper describes the Run 3 configuration of the ATLAS detector. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for Higgs boson pair (HH) production in association with a vector boson V (W or Z boson) is presented. The search is based on proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV, collected with the CMS detector at the LHC, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Both hadronic and leptonic decays of V bosons are used. The leptons considered are electrons, muons, and neutrinos. The HH production is searched for in the$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ b b ¯ decay channel. An observed (expected) upper limit at 95% confidence level of VHH production cross section is set at 294 (124) times the standard model prediction. Constraints are also set on the modifiers of the Higgs boson trilinear self-coupling,kλ, assumingk2V= 1, and vice versa on the coupling of two Higgs bosons with two vector bosons,k2V. The observed (expected) 95% confidence intervals of these coupling modifiers are−37.7 <kλ< 37.2 (−30.1 <kλ< 28.9) and−12.2 <k2V< 13.5 (−7.2 <k2V< 8.9), respectively. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for dark matter particles is performed using events with a pair of W bosons and large missing transverse momentum. Candidate events are selected by requiring one or two leptons (ℓ= electrons or muons). The analysis is based on proton-proton collision data collected at a center-of-mass energy of 13 TeV by the CMS experiment at the LHC and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. No significant excess over the expected standard model background is observed in theℓνqq and 2ℓ2νfinal states of the W+W−boson pair. Limits are set on dark matter production in the context of a simplified dark Higgs model, with a dark Higgs boson mass above the W+W−mass threshold. The dark matter phase space is probed in the mass range 100–300 GeV, extending the scope of previous searches. Current exclusion limits are improved in the range of dark Higgs masses from 160 to 250 GeV, for a dark matter mass of 200 GeV. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of Instrumentation)
    Abstract The CERN LHC provided proton and heavy ion collisions during its Run 2 operation period from 2015 to 2018. Proton-proton collisions reached a peak instantaneous luminosity of 2.1× 1034cm-2s-1, twice the initial design value, at √(s)=13 TeV. The CMS experiment records a subset of the collisions for further processing as part of its online selection of data for physics analyses, using a two-level trigger system: the Level-1 trigger, implemented in custom-designed electronics, and the high-level trigger, a streamlined version of the offline reconstruction software running on a large computer farm. This paper presents the performance of the CMS high-level trigger system during LHC Run 2 for physics objects, such as leptons, jets, and missing transverse momentum, which meet the broad needs of the CMS physics program and the challenge of the evolving LHC and detector conditions. Sophisticated algorithms that were originally used in offline reconstruction were deployed online. Highlights include a machine-learning b tagging algorithm and a reconstruction algorithm for tau leptons that decay hadronically. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for a heavy pseudoscalar Higgs boson, A, decaying to a 125 GeV Higgs boson h and a Z boson is presented. The h boson is identified via its decay to a pair of tau leptons, while the Z boson is identified via its decay to a pair of electrons or muons. The search targets the production of the A boson via the gluon-gluon fusion process, gg → A, and in association with bottom quarks,$$\text{b}\overline{\text{b}}\text{A }$$. The analysis uses a data sample corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1collected with the CMS detector at the CERN LHC in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of$$\sqrt{s}=13$$TeV. Constraints are set on the product of the cross sections of the A production mechanisms and the A → Zh decay branching fraction. The observed (expected) upper limit at 95% confidence level ranges from 0.049 (0.060) pb to 1.02 (0.79) pb for the gg → A process and from 0.053 (0.059) pb to 0.79 (0.61) pb for the$$\text{b}\overline{\text{b}}\text{A }$$process in the probed range of the A boson mass,mA, from 225 GeV to 1 TeV. The results of the search are used to constrain parameters within the$${\text{M}}_{\text{h},\text{EFT}}^{125}$$benchmark scenario of the minimal supersymmetric extension of the standard model. Values of tanβbelow 2.2 are excluded in this scenario at 95% confidence level for allmAvalues in the range from 225 to 350 GeV. 
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