DOE PAGES title logo U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Title: Measurement of the top quark mass in the dileptonic t t ¯ decay channel using the mass observables M b , M T 2 , and M b ν in pp collisions at s = 8 TeV

Journal Article · · Physical Review D
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; more »; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; « less

Here, a measurement of the top quark mass (Mt) in the dileptonic tt¯ decay channel is performed using data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 8 TeV. The data was recorded by the CMS experiment at the LHC and corresponds to an integrated luminosity of 19.7±0.5 fb–1. Events are selected with two oppositely charged leptons (ℓ=e, μ) and two jets identified as originating from b quarks. The analysis is based on three kinematic observables whose distributions are sensitive to the value of Mt. An invariant mass observable, Mbℓ, and a “stransverse mass” observable, MT2, are employed in a simultaneous fit to determine the value of Mt and an overall jet energy scale factor (JSF). A complementary approach is used to construct an invariant mass observable, Mbℓν, that is combined with MT2 to measure Mt. The shapes of the observables, along with their evolutions in Mt and JSF, are modeled by a nonparametric Gaussian process regression technique. The sensitivity of the observables to the value of Mt is investigated using a Fisher information density method. The top quark mass is measured to be 172.22 ± 0.18(stat) -0.93+0.89(syst) 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) (SC-25)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1371783
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1600965; OSTI ID: 1375843; OSTI ID: 23184940
Report Number(s):
FERMILAB-PUB--17-261-CMS; CMS-TOP--15-008; CERN-EP--2017-050; arXiv:1704.06142; 1593762
Journal Information:
Physical Review D, Journal Name: Physical Review D Journal Issue: 3 Vol. 96; ISSN PRVDAQ; ISSN 2470-0010
Publisher:
American Physical Society (APS)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (66)

Using subsystem M T 2 for complete mass determinations in decay chains with missing energy at hadron colliders journal March 2009
An Introduction to the Bootstrap book May 1994
NLO single-top production matched with shower in POWHEG: s - and t -channel contributions journal September 2009
Performance of electron reconstruction and selection with the CMS detector in proton-proton collisions at √ s = 8 TeV journal June 2015
Matching NLO QCD computations with Parton Shower simulations: the POWHEG method text January 2007
New parton distributions for collider physics journal October 2010
Automatic spin-entangled decays of heavy resonances in Monte Carlo simulations text January 2012
Erratum: NLO single-top production matched with shower in POWHEG: s- and t-channel contributions journal February 2010
Measurement of masses in the $\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}$ system by kinematic endpoints in pp collisions at $\sqrt{s}=7\ \mathrm{TeV}$ journal July 2013
Higgs mass and vacuum stability in the Standard Model at NNLO journal August 2012
The CMS trigger system text January 2016
Review of Particle Physics text January 2018
Measurement of the top quark mass using proton-proton data at ( s ) = 7 and 8 TeV journal April 2016
Total Top-Quark Pair-Production Cross Section at Hadron Colliders Through O ( α S 4 ) journal June 2013
Electroweak gauge boson production at hadron colliders through O ( α s 2 ) journal December 2006
Identification of b-quark jets with the CMS experiment text January 2013
Jet energy scale and resolution in the CMS experiment in pp collisions at 8 TeV journal February 2017
Automatic spin-entangled decays of heavy resonances in Monte Carlo simulations journal March 2013
The CMS trigger system text January 2017
PYTHIA 6.4 physics and manual journal May 2006
The CMS trigger system journal January 2017
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at sqrt(s) = 7 TeV text January 2012
Jet energy scale and resolution in the CMS experiment in pp collisions at 8 TeV text January 2017
A study of the b-quark fragmentation function with the DELPHI detector at LEP I and an averaged distribution obtained at the Z Pole journal February 2011
Single-top Wt-channel production matched with parton showers using the POWHEG method text January 2010
An Introduction to the Bootstrap book January 1993
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at √s = 7 TeV journal October 2012
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Single-top Wt-channel production matched with parton showers using the POWHEG method journal February 2011
Review of Particle Physics journal October 2016
The CMS experiment at the CERN LHC journal August 2008
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
A review of the mass measurement techniques proposed for the Large Hadron Collider journal November 2010
The anti-k_t jet clustering algorithm text January 2008
Tuning Monte Carlo generators: The Perugia tunes journal October 2010
Next-to-next-to-leading soft-gluon corrections for the top quark cross section and transverse momentum distribution journal December 2010
Herwig++ physics and manual journal November 2008
Next-to-next-to-leading soft-gluon corrections for the top quark cross section and transverse momentum distribution text January 2010
The global electroweak fit at NNLO and prospects for the LHC and ILC text January 2014
Minimal kinematic constraints and m T 2 journal December 2008
Jet energy scale and resolution in the CMS experiment in pp collisions at 8 TeV text January 2017
Review of Particle Physics text January 2008
The global electroweak fit at NNLO and prospects for the LHC and ILC text January 2014
Review of Particle Physics text January 2012
Identification of b-quark jets with the CMS experiment journal April 2013
Jet energy scale and resolution in the CMS experiment in pp collisions at 8 TeV text January 2017
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations text January 2014
Performance of Electron Reconstruction and Selection with the CMS Detector in Proton-Proton Collisions at √s = 8 TeV text January 2015
Study of the fragmentation of b quarks into B mesons at the Z peak journal July 2001
A study of the b-quark fragmentation function with the DELPHI detector at LEP I and an averaged distribution obtained at the Z Pole text January 2011
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
Study of the fragmentation of b quarks into B mesons at the Z peak text January 2001
Herwig++ Physics and Manual text January 2008
The global electroweak fit at NNLO and prospects for the LHC and ILC journal September 2014
Measurement of the top quark mass in the t t ¯ → dilepton channel from s = 8  TeV ATLAS data journal October 2016
The CMS trigger system text January 2017
Measurement of the differential cross section for top quark pair production in pp collisions at $$\sqrt{s} = 8\,\text {TeV} $$ s = 8 TeV journal November 2015
Measuring masses of semi-invisibly decaying particle pairs produced at hadron colliders journal September 1999
Performance of the CMS missing transverse momentum reconstruction in pp data at √ s = 8 TeV journal February 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
The τ decay library TAUOLA, version 2.4 journal August 1993
A Review of the Mass Measurement Techniques proposed for the Large Hadron Collider text January 2010
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at √s = 7 TeV text January 2012
M T 2 -assisted on-shell reconstruction of missing momenta and its application to spin measurement at the LHC journal February 2009

Cited By (3)