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Title: Measurements of inclusive and differential cross-sections of combined $$ t\overline{t}\gamma $$ and tWγ production in the eμ channel at 13 TeV with the ATLAS detector
A bstract Inclusive and differential cross-sections for the production of top quarks in association with a photon are measured with proton-proton collision data corresponding to an integrated luminosity of 139 fb − 1 . The data were collected by the ATLAS detector at the LHC during Run 2 between 2015 and 2018 at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The measurements are performed in a fiducial volume defined at parton level. Events with exactly one photon, one electron and one muon of opposite sign, and at least two jets, of which at least one is b -tagged, are selected. The fiducial cross-section is measured to be $$ {39.6}_{-2.3}^{+2.7} $$ 39.6 − 2.3 + 2.7 fb. Differential cross-sections as functions of several observables are compared with state-of-the-art Monte Carlo simulations and next-to-leading-order theoretical calculations. These include cross-sections as functions of photon kinematic variables, angular variables related to the photon and the leptons, and angular separations between the two leptons in the event. All measurements are in agreement with the predictions from the Standard Model.  more » « less
Award ID(s):
1812377
NSF-PAR ID:
10227272
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2020
Issue:
9
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract The production cross section of a top quark pair in association with a photon is measured in proton-proton collisions in the decay channel with two oppositely charged leptons ( e ± μ ∓ , e + e − , or μ + μ − ). The measurement is performed using 138 fb − 1 of proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV during the 2016–2018 data-taking period of the CERN LHC. A fiducial phase space is defined such that photons radiated by initial-state particles, top quarks, or any of their decay products are included. An inclusive cross section of 175 . 2 ± 2 . 5(stat) ± 6 . 3(syst) fb is measured in a signal region with at least one jet coming from the hadronization of a bottom quark and exactly one photon with transverse momentum above 20 GeV. Differential cross sections are measured as functions of several kinematic observables of the photon, leptons, and jets, and compared to standard model predictions. The measurements are also interpreted in the standard model effective field theory framework, and limits are found on the relevant Wilson coefficients from these results alone and in combination with a previous CMS measurement of the t $$ \overline{t} $$ t ¯ γ production process using the lepton+jets final state. 
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  2. Abstract

    The double differential cross sections of the Drell–Yan lepton pair ($$\ell ^+\ell ^-$$+-, dielectron or dimuon) production are measured as functions of the invariant mass$$m_{\ell \ell }$$m, transverse momentum$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$pT(), and$$\varphi ^{*}_{\eta }$$φη. The$$\varphi ^{*}_{\eta }$$φηobservable, derived from angular measurements of the leptons and highly correlated with$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$pT(), is used to probe the low-$$p_{\textrm{T}} (\ell \ell )$$pT()region in a complementary way. Dilepton masses up to 1$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$TeVare 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$$m_{\ell \ell }$$mranges to those in the Z mass peak interval are presented. The collected data correspond to an integrated luminosity of 36.3$$\,\text {fb}^{-1}$$fb-1of proton–proton collisions recorded with the CMS detector at the LHC at a centre-of-mass energy of 13$$\,\text {Te\hspace{-.08em}V}$$TeV. Measurements are compared with predictions based on perturbative quantum chromodynamics, including soft-gluon resummation.

     
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  3. null (Ed.)
    A bstract Measurements are presented of differential cross sections for the production of Z bosons in association with at least one jet initiated by a charm quark in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV. The data recorded by the CMS experiment at the LHC correspond to an integrated luminosity of 35.9 fb − 1 . The final states contain a pair of electrons or muons that are the decay products of a Z boson, and a jet consistent with being initiated by a charm quark produced in the hard interaction. Differential cross sections as a function of the transverse momentum p T of the Z boson and p T of the charm jet are compared with predictions from Monte Carlo event generators. The inclusive production cross section 405 . 4 ± 5 . 6 (stat) ± 24 . 3 (exp) ± 3 . 7 (theo) pb, is measured in a fiducial region requiring both leptons to have pseudorapidity |η| < 2 . 4 and p T > 10 GeV, at least one lepton with p T > 26 GeV, and a mass of the pair in the range 71–111 GeV, while the charm jet is required to have p T > 30 GeV and |η| < 2 . 4. These are the first measurements of these cross sections in proton-proton collisions at 13 TeV. 
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  4. A bstract Measurements of the inclusive and differential fiducial cross sections for the Higgs boson production in the H → ZZ → 4 ℓ ( ℓ = e , μ ) decay channel are presented. The results are obtained from the analysis of proton-proton collision data recorded by the CMS experiment at the CERN LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . The measured inclusive fiducial cross section is 2 . 73 ± 0 . 26 fb, in agreement with the standard model expectation of 2 . 86 ± 0 . 1 fb. Differential cross sections are measured as a function of several kinematic observables sensitive to the Higgs boson production and decay to four leptons. A set of double-differential measurements is also performed, yielding a comprehensive characterization of the four leptons final state. Constraints on the Higgs boson trilinear coupling and on the bottom and charm quark coupling modifiers are derived from its transverse momentum distribution. All results are consistent with theoretical predictions from the standard model. 
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  5. A bstract The associated production of a W and a Z boson is studied in final states with multiple leptons produced in proton-proton (pp) collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV using 137 fb − 1 of data collected with the CMS detector at the LHC. A measurement of the total inclusive production cross section yields σ tot (pp → WZ) = 50 . 6 ± 0 . 8 (stat) ± 1 . 5 (syst) ± 1 . 1 (lumi) ± 0 . 5 (theo) pb. Measurements of the fiducial and differential cross sections for several key observables are also performed in all the final-state lepton flavour and charge compositions with a total of three charged leptons, which can be electrons or muons. All results are compared with theoretical predictions computed up to next-to-next-to-leading order in quantum chromodynamics plus next-to-leading or- der in electroweak theory and for various sets of parton distribution functions. The results include direct measurements of the charge asymmetry and the W and Z vector boson polarization. The first observation of longitudinally polarized W bosons in WZ production is reported. Anomalous gauge couplings are searched for, leading to new constraints on beyond-the-standard-model contributions to the WZ triple gauge coupling. 
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