This content will become publicly available on October 1, 2026

Title: Measurement of the Lund plane for light- and beauty-quark jets
The substructure of jets in quantum chromodynamics (QCD) has garnered significant attention with the advent of infrared- and collinear-safe clustering algorithms and observables. A key question emerging from these studies is how in-jet emissions at soft and hard energy scales, across collinear and wide angles relative to the emitter, differ with the mass of the emitting parton. The Lund jet plane (LJP) is a perturbatively well-defined substructure observable that maps the radiation pattern of jets onto a plane, visually distinguishing emissions with different kinematic properties. Comparing LJP for jets containing hadrons of low versus high mass enables the testing of QCD splitting functions from first-principles calculations across both soft and hard regimes and at different radiation angles. This article presents the first measurement of the LJP for light-quark-enriched and beauty-initiated jets at a center-of-mass energy of 13 TeV at LHCb. This marks the first direct observation of the dead-cone effect in beauty-quark jets, measured in the collinear region of the LJP.  more » « less
Award ID(s):
2411665
PAR ID:
10694743
Author(s) / Creator(s):
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; more » ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; « less
Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
APS Journals
Date Published:
Journal Name:
Physical Review D
Volume:
112
Issue:
7
ISSN:
2470-0010
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. A<sc>bstract</sc> A measurement of the angular structure of inclusive jets and those containing a prompt D0meson in proton-proton collisions at the LHC at a center-of-mass energy of 5.02 TeV is presented. The data corresponding to an integrated luminosity of 301 pb−1were collected by the CMS experiment in 2017. Two jet grooming algorithms, late-kTand soft drop, are used to study the intrajet radiation pattern using iterative Cambridge-Aachen declustering. The splitting-angle distributions of jets with transverse momentum (pT) of around 100 GeV, obtained with these two algorithms, show that there is a shift of the distribution for jets containing a prompt D0meson with respect to inclusive jets. The suppression of emissions at small angles observed in the late-kTgrooming approach is consistent with the dead-cone effect, whereas the similar suppression for splittings selected with the soft-drop algorithm appears to be induced by gluon splitting to charm quark-antiquark pairs at large angles. The measured distributions are corrected to the particle level and can be used to constrain model predictions for the substructure of high-pTcharm quark jets. 
    more » « less
  2. Chujo, T; Hirano, T; Itakura, K; Oyama, K; Tachibana, Y (Ed.)
    We present a comprehensive study of jet substructure modifications in high-energy heavy-ion collisions using both inclusive jets and γ-tagged jets, based on a multi-stage jet evolution model within the Monte Carlo framework JETSCAPE. To investigate hard parton splittings inside jets, we focus on Soft Drop observables. Our results for the groomed splitting radius and groomed jet mass distributions of inclusive jets show a slight narrowing compared to proton-proton baselines. We demonstrate that this apparent narrowing is primarily a selection bias from energy loss, rather than a direct modification of the splitting structure, by analyzing γ-tagged jets, where such bias is eliminated or significantly reduced. We also show that quark jets exhibit genuine modifications in their splitting structure, which is not seen in gluon jets. These effects are clearly visible in the substructure of γ-tagged jets, which are dominated by quark jets, but are not apparent for inclusive jets. This demonstrates that γ-tagged jets offer a powerful probe of medium-induced modifications to the hard splitting structure of jets. 
    more » « less
  3. A<sc>bstract</sc> A measurement of the substructure of bottom quark jets (b jets) in proton-proton (pp) collisions is presented. The measurement uses data collected in pp collisions at$$ \sqrt{s}=5.02 $$ s = 5.02 TeV, with a low number of simultaneous interactions per bunch crossing, recorded by the CMS experiment in 2017, corresponding to an integrated luminosity of 301 pb−1. An algorithm to identify and cluster the charged decay daughters of b hadrons is developed for this analysis, which facilitates the exposure of the gluon radiation pattern of b jets using iterative Cambridge-Aachen declustering. The soft-drop-groomed jet radius,Rg, and momentum balance,zg, of b quark jets are presented. These observables can be used to test perturbative quantum chromodynamics predictions that account for mass effects. Because the b hadron is partially reconstructed from its charged decay daughters, only charged particles are used for the jet substructure studies. In addition, a jet fragmentation function,zb,ch, is measured, which is defined as the distribution of the ratio of the transverse momentum (pT) of the partially reconstructed b hadron with respect to the charged-particle component of the jetpT. The substructure variable distributions are unfolded to the charged-particle level. The b jet substructure is compared to the substructure of jets in an inclusive jet sample that is dominated by light-quark and gluon jets in order to assess the role of the b quark mass. A strong suppression of emissions at smallRgvalues is observed for b jets when compared to inclusive jets, consistent with the dead-cone effect. The measurement is also compared with theoretical predictions from Monte Carlo event generators. This is the first substructure measurement of b jets that clusters together the b hadron decay daughters independent of the b hadron species and decay channel. 
    more » « less
  4. A bstract Measurements of jet substructure describing the composition of quark- and gluon-initiated jets are presented. Proton-proton (pp) collision data at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected with the CMS detector are used, corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb − 1 . Generalized angularities are measured that characterize the jet substructure and distinguish quark- and gluon-initiated jets. These observables are sensitive to the distributions of transverse momenta and angular distances within a jet. The analysis is performed using a data sample of dijet events enriched in gluon-initiated jets, and, for the first time, a Z+jet event sample enriched in quark-initiated jets. The observables are measured in bins of jet transverse momentum, and as a function of the jet radius parameter. Each measurement is repeated applying a “soft drop” grooming procedure that removes soft and large angle radiation from the jet. Using these measurements, the ability of various models to describe jet substructure is assessed, showing a clear need for improvements in Monte Carlo generators. 
    more » « less
  5. A<sc>bstract</sc> Many analyses at the CERN LHC exploit the substructure of jets to identify heavy resonances produced with high momenta that decay into multiple quarks and/or gluons. This paper presents a new technique for correcting the substructure of simulated large-radius jets from multiprong decays. The technique is based on reclustering the jet constituents into several subjets such that each subjet represents a single prong, and separately correcting the radiation pattern in the Lund jet plane of each subjet using a correction derived from data. The data presented here correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1collected by the CMS experiment between 2016–2018 at a center-of-mass energy of 13 TeV. The correction procedure improves the agreement between data and simulation for several different substructure observables of multiprong jets. This technique establishes, for the first time, a robust calibration for the substructure of jets with four or more prongs, enabling future measurements and searches for new phenomena containing these signatures. 
    more » « less