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Title: Measurement of single top-quark production in association with a W boson in the single-lepton channel at $$\sqrt{s} = 8\,\text {TeV}$$ with the ATLAS detector
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.  more » « less
Award ID(s):
2111046
PAR ID:
10318285
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
81
Issue:
8
ISSN:
1434-6044
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. 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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  2. 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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  3. A<sc>bstract</sc> The inclusive WZ production cross section is measured in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13.6 TeV, using data collected during 2022 with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 34.7 fb−1. The measurement uses multileptonic final states and a simultaneous likelihood fit to the number of events in four different lepton flavour categories: eee, eeμ,μμe, andμμμ. The selection is optimized to minimize the number of background events, and relies on an efficient prompt lepton discrimination strategy. The WZ production cross section is measured in a phase space defined within a 30 GeV window around the Z boson mass, asσtotal(pp → WZ) = 55.2 ± 1.2 (stat) ± 1.2 (syst) ± 0.8 (lumi) ± 0.3 (theo) pb. In addition, the cross section is measured in a fiducial phase space closer to the detector-level requirements. All the measurements presented in this paper are in agreement with standard model predictions. 
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  4. A bstract A combination of measurements of the inclusive top-quark pair production cross-section performed by ATLAS and CMS in proton–proton collisions at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV at the LHC is presented. The cross-sections are obtained using top-quark pair decays with an opposite-charge electron–muon pair in the final state and with data corresponding to an integrated luminosity of about 5 fb − 1 at $$ \sqrt{s} $$ s = 7 TeV and about 20 fb − 1 at $$ \sqrt{s} $$ s = 8 TeV for each experiment. The combined cross-sections are determined to be 178 . 5 ± 4 . 7 pb at $$ \sqrt{s} $$ s = 7 TeV and $$ {243.3}_{-5.9}^{+6.0} $$ 243.3 − 5.9 + 6.0 pb at $$ \sqrt{s} $$ s = 8 TeV with a correlation of 0.41, using a reference top-quark mass value of 172.5 GeV. The ratio of the combined cross-sections is determined to be R 8 / 7 = 1 . 363 ± 0 . 032. The combined measured cross-sections and their ratio agree well with theory calculations using several parton distribution function (PDF) sets. The values of the top-quark pole mass (with the strong coupling fixed at 0.118) and the strong coupling (with the top-quark pole mass fixed at 172.5 GeV) are extracted from the combined results by fitting a next-to-next-to-leading-order plus next-to-next-to-leading-log QCD prediction to the measurements. Using a version of the NNPDF3.1 PDF set containing no top-quark measurements, the results obtained are $$ {m}_t^{\textrm{pole}}={173.4}_{-2.0}^{+1.8} $$ m t pole = 173.4 − 2.0 + 1.8 GeV and $$ {\alpha}_{\textrm{s}}\left({m}_Z\right)={0.1170}_{-0.0018}^{+0.0021} $$ α s m Z = 0.1170 − 0.0018 + 0.0021 . 
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  5. 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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