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Office of Scientific and Technical Information

Title: Measurement of the cross section for $$\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}$$ production with additional jets and b jets in pp collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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Measurements of the cross section for the production of top quark pairs in association with a pair of jets from bottom quarks \( \left({\sigma}_{\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}}\right) \) and in association with a pair of jets from quarks of any flavor or gluons \( \left({\sigma}_{\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}\mathrm{jj}}\right) \) and their ratio are presented. The data were collected in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV by the CMS experiment at the LHC in 2016 and correspond to an integrated luminosity of 35.9 fb-1. The measurements are performed in a fiducial phase space and extrapolated to the full phase space, separately for the dilepton and lepton+jets channels, where lepton corresponds to either an electron or a muon. The results of the measurements in the fiducial phase space for the dilepton and lepton+jets channels, respectively, are \( {\sigma}_{\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}\mathrm{jj}} \) = 2.36±0.02 (stat)±0.20 (syst) pb and 31.0±0.2 (stat)±2.9 (syst) pb, and for the cross section ratio 0.017 ± 0.001 (stat) ± 0.001 (syst) and 0.020 ± 0.001 (stat) ± 0.001 (syst). The values of \( {\sigma}_{\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}\mathrm{b}\overline{\mathrm{b}}} \) are determined from the product of the \( {\sigma}_{\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}\mathrm{jj}} \) and the cross section ratio, obtaining, respectively, 0.040±0.002 (stat)±0.005 (syst) pb and 0.62±0.03 (stat)±0.07 (syst) pb. These measurements are the most precise to date and are consistent, within the uncertainties, with the standard model expectations obtained using a matrix element calculation at next-to-leading order in quantum chromodynamics matched to a parton shower.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States); Univ. of Colorado, Boulder, CO (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359; SC0010005
OSTI ID:
1644280
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1721684
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-20-129-CMS; arXiv:2003.06467; CMS-TOP-18-002; CERN-EP-2020-011; oai:inspirehep.net:1785614; TRN: US2202660
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2020, Issue 7; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer BerlinCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 4 works
Citation information provided by
Web of Science

References (42)

Single-top Wt-channel production matched with parton showers using the POWHEG method journal February 2011
Vector boson pair production at the LHC journal July 2011
String formation beyond leading colour journal August 2015
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
New parton distribution functions from a global analysis of quantum chromodynamics journal February 2016
Effects of color reconnection on tt¯ $$ t\overline{t} $$ final states at the LHC journal November 2014
The catchment area of jets journal April 2008
Performance of electron reconstruction and selection with the CMS detector in proton-proton collisions at √ s = 8 TeV journal June 2015
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
MCFM for the Tevatron and the LHC journal August 2010
Combining QCD and electroweak corrections to dilepton production in the framework of the FEWZ simulation code journal November 2012
PDF4LHC recommendations for LHC Run II journal January 2016
On the ratio of t t ¯ b b ¯ $$ t\overline{t} b\overline{b} $$ and t t ¯ jj $$ t\overline{t} jj $$ cross sections at the CERN Large Hadron Collider journal July 2014
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
NNLO corrections to top-pair production at hadron colliders: the all-fermionic scattering channels journal December 2012
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Constraining MPI models using σ eff and recent Tevatron and LHC Underlying Event data journal October 2013
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
Hadronic top-quark pair production with NNLL threshold resummation journal February 2012
Top++: A program for the calculation of the top-pair cross-section at hadron colliders journal November 2014
Comparative study of various algorithms for the merging of parton showers and matrix elements in hadronic collisions journal December 2007
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
NLO QCD corrections to tt-barbb-bar production at the LHC: 1. quark-antiquark annihilation journal August 2008
Geant4—a simulation toolkit
  • Agostinelli, S.; Allison, J.; Amako, K.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 506, Issue 3 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
journal July 2003
Automatic spin-entangled decays of heavy resonances in Monte Carlo simulations journal March 2013
Top-pair production at hadron colliders with next-to-next-to-leading logarithmic soft-gluon resummation journal April 2012
Hadronic top-quark pair production in association with two jets at next-to-leading order QCD journal December 2011
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
Percent-Level-Precision Physics at the Tevatron: Next-to-Next-to-Leading Order QCD Corrections to q q ¯ t t ¯ + X journal September 2012
Tuning PYTHIA 8.1: the Monash 2013 tune journal August 2014
NNLO corrections to top pair production at hadron colliders: the quark-gluon reaction journal January 2013
Top-pair production and decay at NLO matched with parton showers journal April 2015
Herwig++ physics and manual journal November 2008
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Merging meets matching in MC@NLO journal December 2012
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NNLL threshold resummation for top-pair and single-top production journal July 2014
Hadronic top-quark pair production with NNLL threshold resummation text January 2011
Constraining MPI models using sigma_effective and recent Tevatron and LHC Underlying Event data text January 2013