Preprint PUBDB-2024-05542

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Measurement of the inclusive cross sections for W and Z boson production in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 5.02 and 13 TeV

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-134; CMS-SMP-20-004; arXiv:2408.03744

Abstract: Measurements of fiducial and total inclusive cross sections for W and Z boson production are presented in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 5.02 and 13 TeV. Electron and muon decay modes ($ell$ = e or$\mu$) are studied in the data collected with the CMS detector in 2017, in dedicated runs with reduced instantaneous luminosity. The data sets correspond to integrated luminosities of 298 $\pm$ 6 pb$^{-1}$ at 5.02 TeV and 206 $\pm$ 5 pb$^{-1}$ at 13 TeV. Measured values of the products of the total inclusive cross sections and the branching fractions at 5.02 TeV are $\sigma$(pp $\to$ W+X)$\mathcal{B}$(W $\to$$\ell\nu$) = 7300 $\pm$ 10 (stat) $\pm$ 60 (syst) $\pm$ 140 (lumi) pb, and $\sigma$(pp $\to$ Z+X)$\mathcal{B}$(Z $\to$$\ell^+\ell^-$) = 669 $\pm$ 2 (stat) $\pm$ 6 (syst) $\pm$ 13 (lumi) pb for the dilepton invariant mass in the range of 60-120 GeV. The corresponding results at 13 TeV are 20480 $\pm$ 10 (stat) $\pm$ 170 (syst) $\pm$ 470 (lumi) pb and 1952 $\pm$ 4 (stat) $\pm$ 18 (syst) $\pm$ 45 (lumi) pb. The measured values agree with cross section calculations at next-to-next-to-leading-order in perturbative quantum chromodynamics. Fiducial and total inclusive cross sections, ratios of cross sections of W$^+$ and W$^-$ production as well as inclusive W and Z boson production, and ratios of these measurements at 5.02 and 13 TeV are reported.

Keyword(s): Z0, production ; p p, scattering ; higher-order, 2 ; muon, decay modes ; cross section, ratio ; TeV ; dilepton ; quantum chromodynamics ; branching ratio ; electron ; CMS ; GeV


Note: Submitted to the Journal of High Energy Physics. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/SMP-20-004 (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)
  4. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2024
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 Record created 2024-08-16, last modified 2025-06-29


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