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  • Measurement of the inclusive cross sections for W and Z boson production in proton-proton collisions at $$ \sqrt{\textrm{s}} $$ = 5.02 and 13 TeV

This content will become publicly available on April 1, 2026

Title: Measurement of the inclusive cross sections for W and Z boson production in proton-proton collisions at $$ \sqrt{\textrm{s}} $$ = 5.02 and 13 TeV
A<sc>bstract</sc> Measurements of fiducial and total inclusive cross sections for W and Z boson production are presented in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 5.02 and 13 TeV. Electron and muon decay modes (ℓ= e orμ) are studied in the data collected with the CMS detector in 2017, in dedicated runs with reduced instantaneous luminosity. The data sets correspond to integrated luminosities of 298 ± 6 pb−1at 5.02 TeV and 206 ± 5 pb−1at 13 TeV. Measured values of the products of the total inclusive cross sections and the branching fractions at 5.02 TeV areσ(pp→W + X)$$ \mathcal{B} $$ B (W→ ℓν) = 7300±10 (stat)±60 (syst)±140 (lumi) pb, andσ(pp→Z+X)$$ \mathcal{B} $$ B (Z→ ℓ+ℓ−) = 669±2 (stat)±6 (syst)±13 (lumi) pb for the dilepton invariant mass in the range of 60–120 GeV. The corresponding results at 13 TeV are 20480±10 (stat)±170 (syst)±470 (lumi) pb and 1952±4 (stat)±18 (syst)±45 (lumi) pb. The measured values agree with cross section calculations at next-to-next-to-leading-order in perturbative quantum chromodynamics. Fiducial and total inclusive cross sections, ratios of cross sections of W+and W−production as well as inclusive W and Z boson production, and ratios of these measurements at 5.02 and 13 TeV are reported.  more » « less
Award ID(s):
2208803 2121686
PAR ID:
10609342
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2025
Issue:
4
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> Measurements of the inclusive and normalised differential cross sections are presented for the production of single top quarks in association with a W boson in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The data used were recorded with the CMS detector at the LHC during 2016–2018, and correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. Events containing one electron and one muon in the final state are analysed. For the inclusive measurement, a multivariate discriminant, exploiting the kinematic properties of the events is used to separate the signal from the dominant$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ background. A cross section of$$ 79.2\pm 0.9{\left(\textrm{stat}\right)}_{-8.0}^{+7.7}\left(\textrm{syst}\right)\pm 1.2\left(\textrm{lumi}\right) $$ 79.2 ± 0.9 stat − 8.0 + 7.7 syst ± 1.2 lumi pb is obtained, consistent with the predictions of the standard model. For the differential measurements, a fiducial region is defined according to the detector acceptance, and the requirement of exactly one jet coming from the fragmentation of a bottom quark. The resulting distributions are unfolded to particle level and agree with the predictions at next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. 
    more » « less
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract This paper reports a search for Higgs boson pair (hh) production in association with a vector boson ($$W\; {\text {o}r}\; Z$$ W o r Z ) using 139 fb$$^{-1}$$ - 1 of proton–proton collision data at$$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$ s = 13 TeV recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The search is performed in final states in which the vector boson decays leptonically ($$W\rightarrow \ell \nu ,\, Z\rightarrow \ell \ell ,\nu \nu $$ W → ℓ ν , Z → ℓ ℓ , ν ν with$$\ell =e, \mu $$ ℓ = e , μ ) and the Higgs bosons each decay into a pair ofb-quarks. It targetsVhhsignals from both non-resonanthhproduction, present in the Standard Model (SM), and resonanthhproduction, as predicted in some SM extensions. A 95% confidence-level upper limit of 183 (87) times the SM cross-section is observed (expected) for non-resonantVhhproduction when assuming the kinematics are as expected in the SM. Constraints are also placed on Higgs boson coupling modifiers. For the resonant search, upper limits on the production cross-sections are derived for two specific models: one is the production of a vector boson along with a neutral heavy scalar resonanceH, in the mass range 260–1000 GeV, that decays intohh, and the other is the production of a heavier neutral pseudoscalar resonanceAthat decays into aZboson andHboson, where theAboson mass is 360–800 GeV and theHboson mass is 260–400 GeV. Constraints are also derived in the parameter space of two-Higgs-doublet models. 
    more » « less
  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> This article presents a search for new resonances decaying into aZorWboson and a 125 GeV Higgs bosonh, and it targets the$$ \nu \overline{\nu}b\overline{b} $$ ν ν ¯ b b ¯ ,$$ {\ell}^{+}{\ell}^{-}b\overline{b} $$ ℓ + ℓ − b b ¯ , or$$ {\ell}^{\pm}\nu b\overline{b} $$ ℓ ± νb b ¯ final states, whereℓ=eorμ, in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data used correspond to a total integrated luminosity of 139 fb−1collected by the ATLAS detector during Run 2 of the LHC at CERN. The search is conducted by examining the reconstructed invariant or transverse mass distributions ofZhorWhcandidates for evidence of a localised excess in the mass range from 220 GeV to 5 TeV. No significant excess is observed and 95% confidence-level upper limits between 1.3 pb and 0.3 fb are placed on the production cross section times branching fraction of neutral and charged spin-1 resonances and CP-odd scalar bosons. These limits are converted into constraints on the parameter space of the Heavy Vector Triplet model and the two-Higgs-doublet model. 
    more » « less
  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The polarization ofτleptons is measured using leptonic and hadronicτlepton decays in Z →τ+τ−events in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV recorded by CMS at the CERN LHC with an integrated luminosity of 36.3 fb−1. The measuredτ−lepton polarization at the Z boson mass pole is$$ {\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ P τ Z = −0.144 ± 0.006 (stat) ± 0.014 (syst) = −0.144 ± 0.015, in good agreement with the measurement of theτlepton asymmetry parameter ofAτ= 0.1439 ± 0.0043 =$$ -{\mathcal{P}}_{\tau}\left(\textrm{Z}\right) $$ − P τ Z at LEP. Theτlepton polarization depends on the ratio of the vector to axial-vector couplings of theτleptons in the neutral current expression, and thus on the effective weak mixing angle sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff , independently of the Z boson production mechanism. The obtained value sin2$$ {\theta}_{\textrm{W}}^{\textrm{eff}} $$ θ W eff = 0.2319 ± 0.0008(stat) ± 0.0018(syst) = 0.2319 ± 0.0019 is in good agreement with measurements ate+e−colliders. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 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. 
    more » « less
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