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

Abstract Normalised multi-differential cross sections for top quark pair ( $$\hbox {t}{\bar{\hbox {t}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math> ) production are measured in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 $$\,{\text {TeV}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace/><mml:mtext>TeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> using events containing two oppositely charged leptons. The analysed data were recorded with the CMS detector in 2016 and correspond to an integrated luminosity of $$35.9{\,{\text {fb}}^{-1}} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>35.9</mml:mn><mml:mrow><mml:mspace/><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>fb</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:math> . The double-differential $$\hbox {t}{\bar{\hbox {t}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math> cross section is measured as a function of the kinematic properties of the top quark and of the $$\hbox {t}{\bar{\hbox {t}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math> system at parton level in the full phase space. A triple-differential measurement is performed as a function of the invariant mass and rapidity of the $$\hbox {t}{\bar{\hbox {t}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math> system and the multiplicity of additional jets at particle level. The data are compared to predictions of Monte Carlo event generators that complement next-to-leading-order (NLO) quantum chromodynamics (QCD) calculations with parton showers. Together with a fixed-order NLO QCD calculation, the triple-differential measurement is used to extract values of the strong coupling strength $$\alpha _{S}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math> and the top quark pole mass ( $$m_{{\text {t}}}^{{\text {pole}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>pole</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math> ) using several sets of parton distribution functions (PDFs). The measurement of $$m_{{\text {t}}}^{{\text {pole}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>pole</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math> exploits the sensitivity of the $$\hbox {t}{\bar{\hbox {t}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math> invariant mass distribution to $$m_{{\text {t}}}^{{\text {pole}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>pole</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math> near the production threshold. Furthermore, a simultaneous fit of the PDFs, $$\alpha _{S}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math> , and $$m_{{\text {t}}}^{{\text {pole}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>pole</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math> is performed at NLO, demonstrating that the new data have significant impact on the gluon PDF, and at the same time allow an accurate determination of $$\alpha _{S}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math> and $$m_{{\text {t}}}^{{\text {pole}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>pole</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math> . The values $$\alpha _{S}(m_{{\text {Z}}}) = 0.1135{}^{+0.0021}_{-0.0017}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1135</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.0017</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.0021</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math> and $$m_{{\text {t}}}^{{\text {pole}}} = 170.5 \pm 0.8 \,{\text {GeV}} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>pole</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>170.5</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mspace/><mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> are extracted, which account for experimental and theoretical uncertainties, the latter being estimated from NLO scale variations. Possible effects from Coulomb and soft-gluon resummation near the $$\hbox {t}{\bar{\hbox {t}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math> production threshold are neglected in these parameter extractions. A rough estimate of these effects indicates an expected correction of $$m_{{\text {t}}}^{{\text {pole}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>pole</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math> of the order of $$+1 \,{\text {GeV}} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace/><mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> , which can be regarded as additional theoretical uncertainty in the current $$m_{{\text {t}}}^{{\text {pole}}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>pole</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math> extraction.

Перевод пока недоступен