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Jet fragmentation function and groomed substructure of bottom quark jets in proton-proton collisions at 5.02 TeV

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2025

 GO

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Report No.: CERN-EP-2025-058; CMS-HIN-24-005; arXiv:2511.10666

Abstract: A measurement of the substructure of bottom quark jets (b jets) in proton-proton (pp) collisions is presented. The measurement uses data collected in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 5.02 TeV recorded by the CMS experiment in 2017, corresponding to an integrated luminosity of 301$^{-1}$. An algorithm to identify and cluster the charged decay daughters of b hadrons is developed for this analysis, which facilitates the exposure of the gluon radiation pattern of b jets using iterative Cambridge-Aachen declustering. The soft-drop-groomed jet radius, $R_\mathrm{g}$, and momentum balance, $z_\mathrm{g}$, of b quark jets are presented. These observables can be used to test perturbative quantum chromodynamics predictions that account for mass effects. Because the b hadron is partially reconstructed from its charged decay daughters, only charged particles are used for the jet substructure studies. In addition, a jet fragmentation function, $z_\text{b,ch}$, is measured, which is defined as the distribution of the ratio of the transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) of the partially reconstructed b hadron with respect to the charged-particle component of the jet $p_\mathrm{T}$. The substructure variable distributions are unfolded to the charged-particle level. The b jet substructure is compared to the substructure of jets in an inclusive jet sample that is dominated by light-quark and gluon jets in order to assess the role of the b quark mass. A strong suppression of emissions at small $R_\mathrm{g}$ values is observed for b jets when compared to inclusive jets, consistent with the dead-cone effect. The measurement is also compared with theoretical predictions from Monte Carlo event generators. This is the first substructure measurement of b jets that clusters together the b hadron decay daughters.


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/HIN-24-005 (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. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  3. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS
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 Record created 2025-12-02, last modified 2025-12-02
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