The simulation software for the ATLAS Experiment at the Large Hadron Collider is being used for large-scale production of events on the LHC Computing Grid. This simulation requires many components, from the generators that simulate particle collisions, through packages simulating the response of the various detectors and triggers. All of these components come together under the ATLAS simulation infrastructure. In this paper, that infrastructure is discussed, including that supporting the detector description, interfacing the event generation, and combining the GEANT4 simulation of the response of the individual detectors. Also described are the tools allowing the software validation, performance testing, and the validation of the simulated output against known physics processes.

By using the ATLAS detector, observations have been made of a centrality-dependent dijet asymmetry in the collisions of lead ions at the Large Hadron Collider. In a sample of lead-lead events with a per-nucleon center of mass energy of 2.76 TeV, selected with a minimum bias trigger, jets are reconstructed in fine-grained, longitudinally segmented electromagnetic and hadronic calorimeters. The transverse energies of dijets in opposite hemispheres are observed to become systematically more unbalanced with increasing event centrality leading to a large number of events which contain highly asymmetric dijets. This is the first observation of an enhancement of events with such large dijet asymmetries, not observed in proton-proton collisions, which may point to an interpretation in terms of strong jet energy loss in a hot, dense medium.

We have observed a narrow state near 2.32 GeV/c2 in the inclusive D+sπ0 invariant mass distribution from e+e− annihilation data at energies near 10.6 GeV. The observed width is consistent with the experimental resolution. The small intrinsic width and the quantum numbers of the final state indicate that the decay violates isospin conservation. The state has natural spin-parity and the low mass suggests a JP=0+ assignment. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 91 fb−1 recorded by the BABAR detector at the SLAC PEP-II asymmetric-energy e+e− storage ring.Received 11 April 2003DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.242001©2003 American Physical Society

A measurement of the inelastic proton-proton cross section with the CMS detector at a center-of-mass energy of $\sqrt{s} =$ 13 TeV is presented. The analysis is based on events with energy deposits in the forward calorimeters, which cover pseudorapidities of -6.6 $< \eta <$ -3.0 and +3.0 $< \eta <$ +5.2. An inelastic cross section of 68.6 $\pm$ 0.5 (syst) $\pm$ 1.6 (lumi) mb is obtained for events with $M_\mathrm{X} >$ 4.1 GeV and/or $M_\mathrm{Y} >$ 13 GeV, where $M_\mathrm{X}$ and $M_\mathrm{Y}$ are the masses of the diffractive dissociation systems at negative and positive pseudorapidities, respectively. The results are compared with those from other experiments as well as to predictions from high-energy hadron-hadron interaction models.

A study of proton-proton collisions in which two b hadrons are produced in association with a Z boson is reported. The collisions were recorded at a centre-of-mass energy of 7 TeV with the CMS detector at the LHC, for an integrated luminosity of 5.2 inverse femtobarns. The b hadrons are identified by means of displaced secondary vertices, without the use of reconstructed jets, permitting the study of b-hadron pair production at small angular separation. Differential cross sections are presented as a function of the angular separation of the b hadrons and the Z boson. In addition, inclusive measurements are presented. For both the inclusive and differential studies, different ranges of Z boson momentum are considered, and each measurement is compared to the predictions from different event generators at leading-order and next-to-leading-order accuracy.

The mass of the top quark is measured using a sample of t t-bar candidate events with one electron or muon and at least four jets in the final state, collected by CMS in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV at the LHC. A total of 5174 candidate events is selected from data corresponding to an integrated luminosity of 5.0 inverse femtobarns. For each event the mass is reconstructed from a kinematic fit of the decay products to a t t-bar hypothesis. The top-quark mass is determined simultaneously with the jet energy scale (JES), constrained by the known mass of the W boson in q anti-q decays, to be 173.49 +/- 0.43 (stat.+JES) +/- 0.98 (syst.) GeV.

A search is presented for single production of a vector-like quark (T) decaying to a Z boson and a top quark, with the Z boson decaying leptonically and the top quark decaying hadronically. The search uses data collected by the CMS experiment in proton–proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV in 2016, corresponding to an integrated luminosity of 35.9. The presence of forward jets is a particular characteristic of single production of vector-like quarks that is used in the analysis. For the first time, different T quark width hypotheses are studied, from negligibly small to 30% of the new particle mass. At the 95% confidence level, the product of cross section and branching fraction is excluded above values in the range 0.26–0.04 pb for T quark masses in the range 0.7–1.7 TeV, assuming a negligible width. A similar sensitivity is observed for widths of up to 30% of the T quark mass. The production of a heavy boson decaying to Tt, with , is also searched for, and limits on the product of cross section and branching fractions for this process are set between 0.13 and 0.06 pb for boson masses in the range from 1.5 to 2.5 TeV.

A bstract A search is presented for a singly produced third-generation scalar leptoquark decaying to a τ lepton and a bottom quark. Associated production of a leptoquark and a τ lepton is considered, leading to a final state with a bottom quark and two τ leptons. The search uses proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb −1 . Upper limits are set at 95% confidence level on the production cross section of the third-generation scalar leptoquarks as a function of their mass. From a comparison of the results with the theoretical predictions, a third-generation scalar leptoquark decaying to a τ lepton and a bottom quark, assuming unit Yukawa coupling ( λ ), is excluded for masses below 740 GeV. Limits are also set on λ of the hypothesized leptoquark as a function of its mass. Above λ = 1.4, this result provides the best upper limit on the mass of a third-generation scalar leptoquark decaying to a τ lepton and a bottom quark.

Abstract Ultrarelativistic nuclear collisions create a strongly interacting state of hot and dense quark–gluon matter that exhibits a remarkable collective flow behavior with minimal viscous dissipation. To gain deeper insights into its intrinsic nature and fundamental degrees of freedom, we determine the speed of sound in an extended volume of quark–gluon plasma using lead–lead (PbPb) collisions at a center-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV. The data were recorded by the CMS experiment at the CERN LHC and correspond to an integrated luminosity of 0.607 nb −1 . The measurement is performed by studying the multiplicity dependence of the average transverse momentum of charged particles emitted in head-on PbPb collisions. Our findings reveal that the speed of sound in this matter is nearly half the speed of light, with a squared value of 0.241 ± 0.002  ( stat ) ± 0.016  ( syst ) in natural units. The effective medium temperature, estimated using the mean transverse momentum, is 219 ± 8  ( syst )  MeV . The measured squared speed of sound at this temperature aligns precisely with predictions from lattice quantum chromodynamic (QCD) calculations. This result provides a stringent constraint on the equation of state of the created medium and direct evidence for a deconfined QCD phase being attained in relativistic nuclear collisions.

A bstract A search is presented for a third-generation leptoquark (LQ) coupled exclusively to a τ lepton and a b quark. The search is based on proton-proton collision data at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . Events with τ leptons and a varying number of jets originating from b quarks are considered, targeting the single and pair production of LQs, as well as nonresonant t -channel LQ exchange. An excess is observed in the data with respect to the background expectation in the combined analysis of all search regions. For a benchmark LQ mass of 2 TeV and an LQ-b-τ coupling strength of 2.5, the excess reaches a local significance of up to 2.8 standard deviations. Upper limits at the 95% confidence level are placed on the LQ production cross section in the LQ mass range 0.5–2.3 TeV, and up to 3 TeV for t -channel LQ exchange. Leptoquarks are excluded below masses of 1.22–1.88 TeV for different LQ models and varying coupling strengths up to 2.5. The study of nonresonant ττ production through t -channel LQ exchange allows lower limits on the LQ mass of up to 2.3 TeV to be obtained.