Measurement of the differential Drell-Yan cross section in pp collisions at sqrt(s)=13 TeV with the CMS detector

Abstract

This thesis describes the measurement of differential Drell-Yan (DY) cross section with respect to the dilepton mass with a range from 15 GeV to 3000 GeV in the dimuon and dielectron channel, which provides a precise test of the standard model and the improvement of the understanding of the proton structure. This is the first DY measurement at the center of mass energy of 13 TeV over a wide dilepton mass range from the region below Z resonance to the TeV scale. The results are based on the data from the proton-proton collision collected by the Compact Muon Solenoid detector at Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 2.8 (2.3)fb-1 for the dimuon (dielectron) channel. The differential cross sections with the corrections for the kinematic acceptance and the final state radiation (FSR) effect in the individual channels are presented. Another version of the results without the acceptance and FSR corrections is also presented to minimize the uncertainties from theoretical inputs. The results in the full phase space of the two channels are combined to have better precision after taking into account the correlations between channels and measurement bins. The presented results are compared to the next-to and next-to-next-to-leading order predictions at perturbative quantum chromodynamics, and the experimental results are in agreement with the theoretical predictions within associated uncertainties.

본 연구에서는 뮤온 채널(muon channel)과 전자 채널(electron channel)에서 두 렙톤(lepton)의 불변 질량(invariant mass)에 대한 드렐-얀 과정(Drell-Yan process)의 미분 산란 단면적을 15 GeV 부터 3000 GeV까지 측정하였다. 이를 통해 표준 모형(standard model)에 대한 정밀한 검증 뿐만 아니라 양성자 구조에 대한 이해를 향상시키는 데 목적이 있다. 이 결과는 넓은 불변 질량 범위에 대한 드렐-얀 산란단면적 측정 중 13 TeV 질량 중심 에너지 데이터를 사용한 첫 번째 결과이다. 이 연구에서는 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)의 CMS (Compact Muon Solenoid) 검출기에서 받은 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용하였으며, 누적 광도(integrated luminosity)는 뮤온 채널과 전자 채널 각각 2.8 fb-1과 2.3fb-1이다. 각 채널에서의 미분 산란 단면적은 이론적인 보정치를 추가한 것과 추가하지 않은 것, 두 가지 모두 포함하였다. 또한, 더 나은 정밀도를 위해 두 채널 결과의 결합도 진행하였다. 미분 산란단면적 결과는 양자 색역학(quantum chromodynamics)의 예측과 비교하였으며 주어진 정밀도 내에서 잘 일치함을 확인하였다.