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Title: Measurement of the t$$ \overline{t} $$t$$ \overline{t} $$ production cross section in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
A bstract A measurement of four-top-quark production using proton-proton collision data at a centre-of-mass energy of 13 TeV collected by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider corresponding to an integrated luminosity of 139 fb − 1 is presented. Events are selected if they contain a single lepton (electron or muon) or an opposite-sign lepton pair, in association with multiple jets. The events are categorised according to the number of jets and how likely these are to contain b -hadrons. A multivariate technique is then used to discriminate between signal and background events. The measured four-top-quark production cross section is found to be $$ {26}_{-15}^{+17} $$ 26 − 15 + 17 fb, with a corresponding observed (expected) significance of 1.9 (1.0) standard deviations over the background-only hypothesis. The result is combined with the previous measurement performed by the ATLAS Collaboration in the multilepton final state. The combined four-top-quark production cross section is measured to be $$ {24}_{-6}^{+7} $$ 24 − 6 + 7 fb, with a corresponding observed (expected) signal significance of 4.7 (2.6) standard deviations over the background-only predictions. It is consistent within 2.0 standard deviations with the Standard Model expectation of 12 . 0 ± 2 . 4 fb.  more » « less
Award ID(s):
2111046
NSF-PAR ID:
10318270
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
11
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract The production of a top quark-antiquark pair in association with a W boson ( $$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{W} $$ t t ¯ W ) is measured in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV. The analyzed data was recorded by the CMS experiment at the CERN LHC and corresponds to an integrated luminosity of 138 fb − 1 . Events with two or three leptons (electrons and muons) and additional jets are selected. In events with two leptons, a multiclass neural network is used to distinguish between the signal and background processes. Events with three leptons are categorized based on the number of jets and of jets originating from b quark hadronization, and the lepton charges. The inclusive $$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{W} $$ t t ¯ W production cross section in the full phase space is measured to be 868 ± 40(stat) ± 51(syst) fb. The $$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{W} $$ t t ¯ W + and $$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{W} $$ t t ¯ W − cross sections are also measured as 553 ± 30(stat) ± 30(syst) and 343 ± 26(stat) ± 25(syst) fb, respectively, and the corresponding ratio of the two cross sections is found to be $$ 1.61\pm 0.15{\left(\textrm{stat}\right)}_{-0.05}^{+0.07}\left(\textrm{syst}\right) $$ 1.61 ± 0.15 stat − 0.05 + 0.07 syst . The measured cross sections are larger than but consistent with the standard model predictions within two standard deviations, and represent the most precise measurement of these cross sections to date. 
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  2. Abstract The production cross-section of a top quark in association with a W boson is measured using proton–proton collisions at $$\sqrt{s} = 8\,\text {TeV}$$ s = 8 TeV . The dataset corresponds to an integrated luminosity of $$20.2\,\text {fb}^{-1}$$ 20.2 fb - 1 , and was collected in 2012 by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider at CERN. The analysis is performed in the single-lepton channel. Events are selected by requiring one isolated lepton (electron or muon) and at least three jets. A neural network is trained to separate the tW signal from the dominant $$t{\bar{t}}$$ t t ¯ background. The cross-section is extracted from a binned profile maximum-likelihood fit to a two-dimensional discriminant built from the neural-network output and the invariant mass of the hadronically decaying W boson. The measured cross-section is $$\sigma _{tW} = 26 \pm 7\,\text {pb}$$ σ tW = 26 ± 7 pb , in good agreement with the Standard Model expectation. 
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  3. null (Ed.)
    Abstract The rate for Higgs ( $${\mathrm{H}} $$ H ) bosons production in association with either one ( $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H ) or two ( $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H ) top quarks is measured in final states containing multiple electrons, muons, or tau leptons decaying to hadrons and a neutrino, using proton–proton collisions recorded at a center-of-mass energy of $$13\,\text {TeV} $$ 13 TeV by the CMS experiment. The analyzed data correspond to an integrated luminosity of 137 $$\,\text {fb}^{-1}$$ fb - 1 . The analysis is aimed at events that contain $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{W}} {\mathrm{W}} $$ H → W W , $${\mathrm{H}} \rightarrow {\uptau } {\uptau } $$ H → τ τ , or $${\mathrm{H}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} $$ H → Z Z decays and each of the top quark(s) decays either to lepton+jets or all-jet channels. Sensitivity to signal is maximized by including ten signatures in the analysis, depending on the lepton multiplicity. The separation among $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H , $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H , and the backgrounds is enhanced through machine-learning techniques and matrix-element methods. The measured production rates for the $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H and $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H signals correspond to $$0.92 \pm 0.19\,\text {(stat)} ^{+0.17}_{-0.13}\,\text {(syst)} $$ 0.92 ± 0.19 (stat) - 0.13 + 0.17 (syst) and $$5.7 \pm 2.7\,\text {(stat)} \pm 3.0\,\text {(syst)} $$ 5.7 ± 2.7 (stat) ± 3.0 (syst) of their respective standard model (SM) expectations. The corresponding observed (expected) significance amounts to 4.7 (5.2) standard deviations for $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H , and to 1.4 (0.3) for $${\mathrm{t}} {\mathrm{H}} $$ t H production. Assuming that the Higgs boson coupling to the tau lepton is equal in strength to its expectation in the SM, the coupling $$y_{{\mathrm{t}}}$$ y t of the Higgs boson to the top quark divided by its SM expectation, $$\kappa _{{\mathrm{t}}}=y_{{\mathrm{t}}}/y_{{\mathrm{t}}}^{\mathrm {SM}}$$ κ t = y t / y t SM , is constrained to be within $$-0.9< \kappa _{{\mathrm{t}}}< -0.7$$ - 0.9 < κ t < - 0.7 or $$0.7< \kappa _{{\mathrm{t}}}< 1.1$$ 0.7 < κ t < 1.1 , at 95% confidence level. This result is the most sensitive measurement of the $${\mathrm{t}} {{\overline{{{\mathrm{t}}}}}} {\mathrm{H}} $$ t t ¯ H production rate to date. 
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  4. A bstract The top quark pair production cross section is measured in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 5.02 TeV. The data were collected in a special LHC low-energy and low-intensity run in 2017, and correspond to an integrated luminosity of 302 pb − 1 . The measurement is performed using events with one electron and one muon of opposite charge, and at least two jets. The measured cross section is 60 . 7 ± 5 . 0 (stat) ± 2 . 8 (syst) ± 1 . 1 (lumi) pb. A combination with the result in the single lepton + jets channel, based on data collected in 2015 at the same center-of-mass energy and corresponding to an integrated luminosity of 27.4 pb − 1 , is then performed. The resulting measured value is 63 . 0 ± 4 . 1 (stat) ± 3 . 0 (syst+lumi) pb, in agreement with the standard model prediction of $$ {66.8}_{-3.1}^{+2.9} $$ 66.8 − 3.1 + 2.9 pb. 
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  5. Abstract

    A search for pair-produced vector-like quarks using events with exactly one lepton (eor$$\mu $$μ), at least four jets including at least oneb-tagged jet, and large missing transverse momentum is presented. Data from proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of$$\sqrt{s}=$$s=13 $$\text {TeV}$$TeV, recorded by the ATLAS detector at the LHC from 2015 to 2018 and corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$$^{-1}$$-1, are analysed. Vector-like partnersTandBof the top and bottom quarks are considered, as is a vector-likeXwith charge$$+5/3$$+5/3, assuming their decay into aW,Z, or Higgs boson and a third-generation quark. No significant deviations from the Standard Model expectation are observed. Upper limits on the production cross-section ofTandBquark pairs as a function of their mass are derived for various decay branching ratio scenarios. The strongest lower limits on the masses are 1.59 $$\text {TeV}$$TeVassuming mass-degenerate vector-like quarks and branching ratios corresponding to the weak-isospin doublet model, and 1.47 $$\text {TeV}$$TeV(1.46 $$\text {TeV}$$TeV) for exclusive$$T \rightarrow Zt$$TZt($$B/X \rightarrow Wt$$B/XWt) decays. In addition, lower limits on theTandBquark masses are derived for all possible branching ratios.

     
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