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Review of top quark mass measurements in CMS

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-005; CMS-TOP-23-003; arXiv:2403.01313

Abstract: The top quark mass is one of the most intriguing parameters of the standard model (SM). Its value indicates a Yukawa coupling close to unity, and the resulting strong ties to the Higgs physics make the top quark mass a crucial ingredient for understanding essential aspects of the electroweak sector of the SM. While it is such an important parameter of the SM, its measurement and interpretation in terms of the Lagrangian parameter are challenging. The CMS Collaboration has performed multiple measurements of the top quark mass, addressing these challenges from different angles: highly precise `direct' measurements, using the top quark decay products, as well as `indirect' measurements aiming at accurate interpretations in terms of the Lagrangian parameter. Recent mass measurements using Lorentz-boosted top quarks are particularly promising, opening a new avenue of measurements based on top quark decay products contained in a single particle jet, with superior prospects for accurate theoretical interpretations. Moreover, dedicated studies of the dominant uncertainties in the modelling of the signal processes have been performed. This review offers the first comprehensive overview of these measurements performed by the CMS Collaboration using the data collected at centre-of-mass energies of 7, 8, and 13 TeV.

Keyword(s): review ; p p: scattering ; p p: colliding beams ; top: pair production ; jet: associated production ; top: single production ; top: mass: measured ; top: decay ; coupling: Yukawa ; final state: ((n)jet) ; final state: ((n)jet lepton) ; final state: ((n)jet dilepton) ; CMS ; CERN LHC Coll ; electroweak interaction ; data analysis method ; experimental results ; 7000 GeV-cms ; 8000 GeV-cms ; 13000 GeV-cms


Note: To be submitted to Physics Reports. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/TOP-23-003 (CMS Public Pages)

Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project 390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  3. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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