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Office of Scientific and Technical Information

Title: Determination of the strong coupling constant αS(mZ) from measurements of inclusive W± and Z boson production cross sections in proton-proton collisions at $$ \sqrt{\mathrm{s}} $$ = 7 and 8 TeV

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
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Twelve measurements of inclusive cross sections of W± and Z boson production, performed in proton-proton collisions at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV, are compared with perturbative quantum chromodynamics calculations at next-to-next- to-leading order (NNLO) accuracy obtained with the CT14, HERAPDF2.0, MMHT14, and NNPDF3.0 parton distribution functions (PDFs). Data and theory agree well for all PDF sets, taking into account the experimental and theoretical uncertainties. A novel procedure is employed to extract the strong coupling constant at the Z pole mass from a detailed comparison of all the experimental fiducial cross sections to the corresponding NNLO theoretical predictions, yielding \( {\alpha}_{\mathrm{S}}\left({m}_{\mathrm{Z}}\right)={0.1163}_{-0.0031}^{+0.0024} \) (CT14), \( {0.1072}_{-0.0040}^{+0.0043} \) (HERAPDF2.0), 0.1186 ± 0.0025 (MMHT14), and 0.1147± 0.0023 (NNPDF3.0). Using the results obtained with the CT14 and MMHT14 PDFs, which yield the most robust and stable αS(mZ) extractions, a value \( {\alpha}_{\mathrm{S}}\left({m}_{\mathrm{Z}}\right)={0.1175}_{-0.0028}^{+0.0025} \) is determined.

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); National Science Foundation (NSF); Nvidia Corporation; Welch Foundation; Weston Havens Foundation
Contributing Organization:
The CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1596064
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1637492
Report Number(s):
FERMILAB-PUB--20-047-CMS; arXiv:1912.04387; CMS-SMP--18-005; CERN-EP--2019-259; oai:inspirehep.net:1769651
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Journal Name: Journal of High Energy Physics (Online) Journal Issue: 6 Vol. 2020; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer BerlinCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (38)

PDF4LHC recommendations for LHC Run II journal January 2016
APFEL Web: a web-based application for the graphical visualization of parton distribution functions text January 2014
Combining QCD and electroweak corrections to dilepton production in the framework of the FEWZ simulation code journal November 2012
A method and tool for combining differential or inclusive measurements obtained with simultaneously constrained uncertainties journal November 2017
On the combination of correlated estimates of a physics observable journal August 2014
Factorization Of Hard Processes In QCD book July 1989
Color singlet production at NNLO in MCFM text January 2016
Precision studies of observables in $$p p \rightarrow W \rightarrow l\nu _l$$ p p → W → l ν l and $$ pp \rightarrow \gamma ,Z \rightarrow l^+ l^-$$ p p → γ , Z → l + l - processes at the LHC journal May 2017
APFEL Web: a web-based application for the graphical visualization of parton distribution functions journal March 2015
Review of Particle Physics text January 2018
Investigating the near-criticality of the Higgs boson text January 2013
Corrigendum to “Determination of the top-quark pole mass and strong coupling constant from the t t ¯ production cross section in pp collisions at s = 7 TeV ” [Phys. Lett. B 728 (2014) 496–517] journal November 2014
$a_S$ extraction from inclusive W and Z cross sections in pp collisions at the LHC
  • Poldaru, Andres; d’Enterria, David; Weichen, Xiao
  • Proceedings of alphas-2019: Workshop on precision measurements of the QCD coupling constant — PoS(ALPHAS2019) https://doi.org/10.22323/1.365.0013
conference September 2019
NLO EW and QCD proton–proton cross section calculations with mcsanc-v1.01 journal October 2013
QCD ⊕ QED NNLO corrections to Drell-Yan production journal November 2018
HERA Inclusive Neutral and Charged Current Cross Sections and a New PDF Fit, HERAPDF 2.0 journal January 2015
Parton distributions from high-precision collider data: NNPDF Collaboration journal October 2017
A complete calculation of the order αs2 correction to the Drell-Yan K-factor journal August 1991
Parton distributions for the LHC text January 2007
High-precision QCD at hadron colliders: Electroweak gauge boson rapidity distributions at next-to-next-to leading order journal May 2004
Review of Particle Physics journal October 2016
Parton distributions for the LHC text January 2009
Adequate Treatment of Correlated Experimental Data in Nuclear Data Evaluations Avoiding Peelle's Pertinent Puzzle journal April 2014
The MSR mass and the O Λ Q C D $$ \mathcal{O}\left({\Lambda}_{\mathrm{QCD}}\right) $$ renormalon sum rule journal April 2018
Strong coupling running, gauge coupling unification and the scale of new physics journal November 2015
Determination of the strong coupling constant $$\alpha _s \left( m_Z \right) $$ α s m Z from measurements of the total cross section for top–antitop-quark production journal November 2017
Parton distributions for the LHC journal July 2009
Review of Particle Physics text January 2008
Review of Particle Physics text January 2012
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
New parton distribution functions from a global analysis of quantum chromodynamics journal February 2016
Parton distributions in the LHC era: MMHT 2014 PDFs journal May 2015
LHAPDF6: parton density access in the LHC precision era journal March 2015
Color-singlet production at NNLO in MCFM journal December 2016
Update of the global electroweak fit and constraints on two-Higgs-doublet models journal August 2018
LHAPDF6: parton density access in the LHC precision era text January 2015
Illuminating the photon content of the proton within a global PDF analysis journal January 2018
Investigating the near-criticality of the Higgs boson journal December 2013