Journal Article PUBDB-2025-01196

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Review of top quark mass measurements in CMS

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2025
Elsevier Science, North-Holland Amsterdam [u.a.]

Physics reports 1115, 116 - 218 () [10.1016/j.physrep.2024.12.002]
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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 Higgs physics make the top quark mass a crucial ingredient for understanding essential aspects of the electroweak sector of the SM. This review offers the first comprehensive overview of the top quark mass measurements performed by the CMS Collaboration using the data collected at centre-of-mass energies of 7, 8, and 13 TeV. Moreover, a detailed description of the top quark event reconstruction is provided and dedicated studies of the dominant uncertainties in the modelling of the signal processes are discussed. The interpretation of the experimental results on the top quark mass in terms of the SM Lagrangian parameter is challenging and is a focus of an ongoing discussion in the theory community. The CMS Collaboration has performed two main types of top quark mass measurements, addressing this challenge from different perspectives: highly precise ‘direct’ measurements, based on reconstructed top quark decay products and relying exclusively on Monte-Carlo simulations, as well as ‘indirect’ measurements, where the simulations are employed to determine parton-level cross sections that are compared to fixed-order perturbative calculations. Recent mass extractions using Lorentz-boosted top quarks open a new avenue of measurements based on top quark decay products contained in a single particle jet, with promising prospects for accurate theoretical interpretations.

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 ; CMS ; Top quark mass

Classification:

Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project G:(GEPRIS)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 2025
Database coverage:
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