Measurement of the mass dependence of the transverse momentum of lepton pairs in Drell–Yan production in proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 13\,\text {Te\hspace{-.08em}V} $$ (2023)

The double differential cross sections of the Drell-Yan lepton pair (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math>, dielectron or dimuon) production are measured as functions of the invariant mass <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>, transverse momentum <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>, and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mi>η</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>. The <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msubsup><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mi>η</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> observable, derived from angular measurements of the leptons and highly correlated with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>, is used to probe the low-<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math> region in a complementary way. Dilepton masses up to 1<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace><mml:mtext>Te</mml:mtext><mml:mspace></mml:mspace><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> are investigated. Additionally, a measurement is performed requiring at least one jet in the final state. To benefit from partial cancellation of the systematic uncertainty, the ratios of the differential cross sections for various <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> ranges to those in the Z mass peak interval are presented. The collected data correspond to an integrated luminosity of 36.3<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace><mml:msup><mml:mtext>fb</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math> of proton-proton collisions recorded with the CMS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mspace></mml:mspace><mml:mtext>Te</mml:mtext><mml:mspace></mml:mspace><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:math>. Measurements are compared with predictions based on perturbative quantum chromodynamics, including soft-gluon resummation.