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Title: Hard color-singlet exchange in dijet events in proton-proton collisions at s = 13 TeV

Journal Article · · Physical Review. D.
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Events where the two leading jets are separated by a pseudorapidity interval devoid of particle activity, known as jet-gap-jet events, are studied in proton-proton collisions at $$\sqrt{s} =$$ 13 TeV. The signature is expected from hard color-singlet exchange. Each of the highest transverse momentum ($$p_\mathrm{T}$$) jets must have $$p_\mathrm{T}^\text{jet}$$$$\gt$$ 40 GeV and pseudorapidity 1.4 $$\lt$$$$|\eta^\text{jet}|$$$$\lt$$ 4.7, with $$\eta^\text{jet1} \eta^\text{jet2}$$$$\lt$$ 0, where $$\text{jet1}$$ and $$\text{jet2}$$ are the leading and subleading jets in $$p_\mathrm{T}$$, respectively. The analysis is based on data collected by the CMS and TOTEM experiments during a low luminosity, high-$$\beta^*$$ run at the CERN LHC in 2015, with an integrated luminosity of 0.66 pb$$^{-1}$$. Events with a low number of charged particles with $$p_\mathrm{T}$$$$\gt$$ 0.2 GeV in the interval $$|\eta|$$$$\lt$$ 1 between the jets are observed in excess of calculations that assume only color-exchange. The fraction of events produced via color-singlet exchange, $$f_\text{CSE}$$, is measured as a function of $$p_\mathrm{T}^\text{jet2}$$, the pseudorapidity difference between the two leading jets, and the azimuthal angular separation between the two leading jets. The fraction $$f_\text{CSE}$$ has values of 0.4-1.0%. The results are compared with previous measurements and with predictions from perturbative quantum chromodynamics. In addition, the first study of jet-gap-jet events detected in association with an intact proton using a subsample of events with an integrated luminosity of 0.40 pb$$^{-1}$$ is presented. The intact protons are detected with the Roman pot detectors of the TOTEM experiment. The $$f_\text{CSE}$$ in this sample is 2.91 $$\pm$$ 0.70 (stat) $$^{+1.08}_{-1.01}$$ (syst) times larger than that for inclusive dijet production in dijets with similar kinematics.

Research Organization:
Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States); Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
The TOTEM Collaboration; The CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
2325273
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1767022
Report Number(s):
CMS-SMP-19-006; TOTEM-2021-001; CERN-EP-2020-229; FERMILAB-PUB-21-058-CMS-SCD; arXiv:2102.06945; PRVDAQ; 032009
Journal Information:
Physical Review. D., Journal Name: Physical Review. D. Vol. 104 Journal Issue: 3; ISSN 2470-0010
Publisher:
American Physical SocietyCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

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