x
Contents
2.6.5 Multiple Parton Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.6.6 Hadronisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.6.7 Tuning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3 Jet Substructure at the LHC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1 ATLAS and CMS Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2 Jet Reconstruction and Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3 Pileup Mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3.1 Mitigation Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3.2 Performance Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.4 Grooming Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.5 Jet Substructure Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.5.1 Quark/Gluon Discrimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.5.2 Vector Boson Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.5.3 Higgs Boson Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.5.4 Top Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.5.5 Machine Learning Taggers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4 Standard Model Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.1 Measurements of Jet Substructure Observables . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.1.1 Jet Mass of Light Flavour and Gluon Jets . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.1.2 Jet Mass of W and Z Jets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.1.3 Jet Mass of Top Quark Jets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.1.4 Jet Substructure in Light Flavour and Gluon Jets . . . . . . . . . . 100
4.1.5 Jet Substructure in W and Top Jets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2 Measurements Using Jet Substructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2.1 Electroweak Boson Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2.2 Higgs Boson Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.2.3 Top Quark Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5 Direct Searches for New Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.1 Diboson Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.1.1 WW, WZ and ZZ Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.1.2 WH and ZH Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.1.3 HH Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.1.4 Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.1.5 V γ and H γ Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.2 Resonances Coupling to Third Generation Quarks . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.2.1 tt Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.2.2 tb Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.3 Vector-Like Quarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.3.1 Pair Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.3.2 Single Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.3.3 Production Through Resonance Decays . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5.4 Excited Third Generation Quarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.5 Dark Matter and Mono-X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Contents
2.6.5 Multiple Parton Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.6.6 Hadronisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.6.7 Tuning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3 Jet Substructure at the LHC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1 ATLAS and CMS Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2 Jet Reconstruction and Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3 Pileup Mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3.1 Mitigation Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3.2 Performance Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.4 Grooming Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.5 Jet Substructure Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.5.1 Quark/Gluon Discrimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.5.2 Vector Boson Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.5.3 Higgs Boson Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.5.4 Top Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.5.5 Machine Learning Taggers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4 Standard Model Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.1 Measurements of Jet Substructure Observables . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.1.1 Jet Mass of Light Flavour and Gluon Jets . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.1.2 Jet Mass of W and Z Jets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.1.3 Jet Mass of Top Quark Jets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.1.4 Jet Substructure in Light Flavour and Gluon Jets . . . . . . . . . . 100
4.1.5 Jet Substructure in W and Top Jets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2 Measurements Using Jet Substructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2.1 Electroweak Boson Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2.2 Higgs Boson Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.2.3 Top Quark Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5 Direct Searches for New Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.1 Diboson Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.1.1 WW, WZ and ZZ Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.1.2 WH and ZH Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.1.3 HH Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.1.4 Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.1.5 V γ and H γ Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.2 Resonances Coupling to Third Generation Quarks . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.2.1 tt Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.2.2 tb Resonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.3 Vector-Like Quarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.3.1 Pair Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.3.2 Single Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.3.3 Production Through Resonance Decays . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5.4 Excited Third Generation Quarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.5 Dark Matter and Mono-X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178