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U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Measurement of the differential $$\hbox {t}\overline{\hbox {t}}$$ production cross section as a function of the jet mass and extraction of the top quark mass in hadronic decays of boosted top quarks

Journal Article · · European Physical Journal. C, Particles and Fields (Online)
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A measurement of the jet mass distribution in hadronic decays of Lorentz-boosted top quarks is presented. The measurement is performed in the lepton + jets channel of top quark pair production ($$\hbox {t}\overline{\hbox {t}}$$) events, where the lepton is an electron or muon. The products of the hadronic top quark decay are reconstructed using a single large-radius jet with transverse momentum greater than 400 GeV. The data were collected with the CMS detector at the LHC in proton-proton collisions and correspond to an integrated luminosity of 138 fb-1. The differential $$\hbox {t}\overline{\hbox {t}}$$ production cross section as a function of the jet mass is unfolded to the particle level and is used to extract the top quark mass. The jet mass scale is calibrated using the hadronic W boson decay within the large-radius jet. The uncertainties in the modelling of the final state radiation are reduced by studying angular correlations in the jet substructure. These developments lead to a significant increase in precision, and a top quark mass of 173.06 ± 0.84 GeV.
Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
2217191
Report Number(s):
CERN-EP-2022-222; CMS-TOP-21-012; FERMILAB-PUB--23-704-CMS; arXiv:2211.01456; oai:inspirehep.net:2175946
Journal Information:
European Physical Journal. C, Particles and Fields (Online), Journal Name: European Physical Journal. C, Particles and Fields (Online) Journal Issue: 7 Vol. 83; ISSN 1434-6052
Publisher:
Springer NatureCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (102)

Measurement of the jet mass distribution and top quark mass in hadronic decays of boosted top quarks in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV collection January 2023
Advances in Jet Substructure at the LHC: Algorithms, Measurements and Searches for New Physical Phenomena book May 2021
Jet trimming journal February 2010
Maximizing boosted top identification by minimizing N-subjettiness journal February 2012
Identifying boosted objects with N-subjettiness journal March 2011
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
The MSR mass and the O Λ Q C D $$ \mathcal{O}\left({\Lambda}_{\mathrm{QCD}}\right) $$ renormalon sum rule journal April 2018
Search for resonant t t ¯ $$ \mathrm{t}\overline{\mathrm{t}} $$ production in proton-proton collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal April 2019
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Measurements of differential cross-sections in top-quark pair events with a high transverse momentum top quark and limits on beyond the Standard Model contributions to top-quark pair production with the ATLAS detector at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV journal June 2022
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
Measurement of the inelastic proton-proton cross section at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal July 2018
Higgs mass and vacuum stability in the Standard Model at NNLO journal August 2012
String formation beyond leading colour journal August 2015
Measurement of the t t ¯ $$ \mathrm{t}\overline{\mathrm{t}} $$ production cross section in the eμ channel in proton-proton collisions at s = 7 $$ \sqrt{s}=7 $$ and 8 TeV journal August 2016
Top-quark mass measurement in the all-hadronic t t ¯ $$ t\overline{t} $$ decay channel at s = 8 $$ \sqrt{s}=8 $$ TeV with the ATLAS detector journal September 2017
Higgs boson mass and new physics journal October 2012
Determination of the top-quark pole mass using t t ¯ $$ t\overline{t} $$ + 1-jet events collected with the ATLAS experiment in 7 TeV pp collisions journal October 2015
Effects of color reconnection on tt¯ $$ t\overline{t} $$ final states at the LHC journal November 2014
XCone: N-jettiness as an exclusive cone jet algorithm journal November 2015
Measurement of the top-quark mass in tt¯$$ t\overline{t} $$ + 1-jet events collected with the ATLAS detector in pp collisions at s$$ \sqrt{s} $$ = 8 TeV journal November 2019
Merging meets matching in MC@NLO journal December 2012
Resolving boosted jets with XCone journal December 2015
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
HATHOR – HAdronic Top and Heavy quarks crOss section calculatoR journal April 2011
Top++: A program for the calculation of the top-pair cross-section at hadron colliders journal November 2014
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
Version 3 of RunDec and CRunDec journal March 2018
Determination of the pole and MS¯ masses of the top quark from the tt¯ cross section journal September 2011
Determination of the top-quark pole mass and strong coupling constant from the tt¯ production cross section in pp collisions at s=7 TeV journal January 2014
Measurement of the top quark mass in the t t ¯ → dilepton channel from s = 8  TeV ATLAS data journal October 2016
Measurement of the WZ production cross section in pp collisions at s = 13  TeV journal March 2017
Cross section measurement of t -channel single top quark production in pp collisions at s = 13 TeV journal September 2017
Jet substructure at the Large Hadron Collider: A review of recent advances in theory and machine learning journal November 2019
PDF4LHC recommendations for LHC Run II journal January 2016
Better jet clustering algorithms journal August 1997
Matching NLO QCD computations and parton shower simulations journal June 2002
A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
A positive-weight next-to-leading-order Monte Carlo for heavy flavour hadroproduction journal September 2007
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
NLO single-top production matched with shower in POWHEG: s - and t -channel contributions journal September 2009
The CMS trigger system journal January 2017
Jet energy scale and resolution in the CMS experiment in pp collisions at 8 TeV journal February 2017
Particle-flow reconstruction and global event description with the CMS detector journal October 2017
Identification of heavy-flavour jets with the CMS detector in pp collisions at 13 TeV journal May 2018
Performance of the CMS muon detector and muon reconstruction with proton-proton collisions at √ s =13 TeV journal June 2018
Performance of missing transverse momentum reconstruction in proton-proton collisions at √ s = 13 TeV using the CMS detector journal July 2019
Identification of heavy, energetic, hadronically decaying particles using machine-learning techniques journal June 2020
Performance of the CMS Level-1 trigger in proton-proton collisions at √ s = 13 TeV journal October 2020
Jet flavour classification using DeepJet journal December 2020
The CMS Phase-1 pixel detector upgrade journal February 2021
Electron and photon reconstruction and identification with the CMS experiment at the CERN LHC journal May 2021
The CMS experiment at the CERN LHC journal August 2008
Determination of jet energy calibration and transverse momentum resolution in CMS journal November 2011
TUnfold, an algorithm for correcting migration effects in high energy physics journal October 2012
Review of Particle Physics journal August 2020
Extracting a short distance top mass with light grooming journal October 2019
Measurement of differential t t ¯ production cross sections in the full kinematic range using lepton + jets events from proton-proton collisions at s = 13     TeV journal November 2021
A multiple-interaction model for the event structure in hadron collisions journal October 1987
Two-loop soft anomalous dimensions for single top quark associated production with a W − or H − journal September 2010
Combining QCD and electroweak corrections to dilepton production in the framework of the FEWZ simulation code journal November 2012
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Measurement of the top quark mass in the dileptonic t t ¯ decay channel using the mass observables M b ℓ , M T 2 , and M b ℓ ν in pp collisions at s = 8     TeV journal August 2017
Measurement of jet substructure observables in t t ¯ events from proton-proton collisions at s = 13     TeV journal November 2018
Measurement of Inclusive W and Z Boson Production Cross Sections in p p Collisions at s = 8     TeV journal May 2014
W + W − Production at Hadron Colliders in Next to Next to Leading Order QCD journal November 2014
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Measurement of the Jet Mass Distribution and Top Quark Mass in Hadronic Decays of Boosted Top Quarks in p p Collisions at s = 13     TeV journal May 2020
Observation of Top Quark Production in p ¯ p Collisions with the Collider Detector at Fermilab journal April 1995
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NNLL threshold resummation for top-pair and single-top production journal July 2014
Comparative study of various algorithms for the merging of parton showers and matrix elements in hadronic collisions journal December 2007
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Measurement of the top quark mass with lepton+jets final states using $$\mathrm {p}$$ p $$\mathrm {p}$$ p collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV journal November 2018
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Measurement of the top quark mass in the $$t\bar{t}\rightarrow $$ t t ¯ → lepton+jets channel from $$\sqrt{s}=8$$ s = 8  TeV ATLAS data and combination with previous results journal March 2019
Measurement of the top quark mass in the all-jets final state at $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV} $$ s = 13 TeV and combination with the lepton+jets channel journal April 2019
Measurement of the $${\mathrm {t}\overline{\mathrm {t}}}$$ t t ¯ production cross section, the top quark mass, and the strong coupling constant using dilepton events in pp collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {Te}\text {V} $$ s = 13 Te journal April 2019
Extraction and validation of a new set of CMS pythia8 tunes from underlying-event measurements journal January 2020
Measurement of the $$t\bar{t}$$ production cross-section and lepton differential distributions in $$e\mu $$ dilepton events from pp collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$ with the ATLAS detector journal June 2020
Measurement of $$\hbox {t}{\bar{\hbox {t}}}$$ normalised multi-differential cross sections in $${\text {p}}{\text {p}} $$ collisions at $$\sqrt{s}=13\,{\text {TeV}} $$, and simultaneous determination of the strong coupling strength, top quark pole mass, and parton distribution functions journal July 2020
Development and validation of HERWIG 7 tunes from CMS underlying-event measurements journal April 2021
Precision luminosity measurement in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\hbox {TeV}$$ in 2015 and 2016 at CMS journal September 2021
The Linear Template Fit journal August 2022
What Is the Top Quark Mass? journal October 2020
Measurements of differential cross-sections in top-quark pair events with a high transverse momentum top quark and limits on beyond the Standard Model contributions to top-quark pair production with the ATLAS detector at $\sqrt{s}=13$ TeV collection January 2023
Measurement of lepton differential distributions and the top quark mass in t t ¯ production in pp collisions at √s = 8 TeV with the ATLAS detector [Supplemental Data] dataset November 2017
Top Quark Production. text January 2014


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