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Title: Search for CP violation using $$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ events in the lepton+jets channel in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A<sc>bstract</sc> Results are presented on a search for CP violation in the production and decay of top quark-antiquark pairs in the lepton+jets channel. The search is based on data from proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV, collected with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. Possible CP violation effects are evaluated by measuring asymmetries in observables constructed from linearly independent four-momentum vectors of the final-state particles. The dimensionless chromoelectric dipole moment of the top quark obtained from the observed asymmetries is measured to be 0.04 ± 0.10 (stat) ± 0.07(syst), and the asymmetries exhibit no evidence for CP-violating effects, consistent with expectations from the standard model.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10471520
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2023
Issue:
6
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A<sc>bstract</sc> The charge-parity (CP) structure of the Yukawa interaction between the Higgs (H) boson and the top quark is measured in a data sample enriched in the t$$ \overline{\textrm{t}} $$ t ¯ H and tH associated production, using 138 fb−1of data collected in proton-proton collisions at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV by the CMS experiment at the CERN LHC. The study targets events where the H boson decays via H → WW or H →ττand the top quarks decay via t → Wb: the W bosons decay either leptonically or hadronically, and final states characterized by the presence of at least two leptons are studied. Machine learning techniques are applied to these final states to enhance the separation ofCP-even fromCP-odd scenarios. Two-dimensional confidence regions are set onκtand$$ \overset{\sim }{\kappa } $$ κ ~ t, which are respectively defined as theCP-even andCP-odd top-Higgs Yukawa coupling modifiers. No significant fractionalCP-odd contributions, parameterized by the quantity|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |are observed; the parameter is determined to be|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |= 0.59 with an interval of (0.24,0.81) at 68% confidence level. The results are combined with previous results covering the H→ZZ and H→ γγdecay modes, yielding two- and one-dimensional confidence regions onκtand$$ \overset{\sim }{\kappa } $$ κ ~ t, while|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |is determined to be|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |= 0.28 with an interval of|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt | <0.55 at 68% confidence level, in agreement with the standard modelCP-even prediction of|$$ {f}_{CP}^{\textrm{Htt}} $$ f CP Htt |= 0. 
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  2. A<sc>bstract</sc> Results are presented from a search for CP violation in top quark pair production, using proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV. The data used for this analysis consist of final states with two charged leptons collected by the CMS experiment, and correspond to an integrated luminosity of 35.9 fb−1. The search uses two observables,$$ \mathcal{O} $$ O 1and$$ \mathcal{O} $$ O 3, which are Lorentz scalars. The observable$$ \mathcal{O} $$ O 1is constructed from the four-momenta of the charged leptons and the reconstructed top quarks, while$$ \mathcal{O} $$ O 3consists of the four-momenta of the charged leptons and the b quarks originating from the top quarks. Asymmetries in these observables are sensitive to CP violation, and their measurement is used to determine the chromoelectric dipole moment of the top quark. The results are consistent with the expectation from the standard model. 
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  3. A<sc>bstract</sc> A measurement of the top quark pole mass$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$ m t pole in events where a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ ) is produced in association with at least one additional jet ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ +jet) is presented. This analysis is performed using proton-proton collision data at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV collected by the CMS experiment at the CERN LHC, corresponding to a total integrated luminosity of 36.3 fb−1. Events with two opposite-sign leptons in the final state (e+e+μ, e±μ) are analyzed. The reconstruction of the main observable and the event classification are optimized using multivariate analysis techniques based on machine learning. The production cross section is measured as a function of the inverse of the invariant mass of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ +jet system at the parton level using a maximum likelihood unfolding. Given a reference parton distribution function (PDF), the top quark pole mass is extracted using the theoretical predictions at next-to-leading order. For the ABMP16NLO PDF, this results in$$ {m}_{\textrm{t}}^{\textrm{pole}} $$ m t pole = 172.93±1.36 GeV. 
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  4. A<sc>bstract</sc> An analysis of the production of a Higgs boson (H) in association with a top quark-antiquark pair ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H ) or a single top quark (tH) is presented. The Higgs boson decay into a bottom quark-antiquark pair (H →$$ \textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ b b ¯ ) is targeted, and three different final states of the top quark decays are considered, defined by the number of leptons (electrons or muons) in the event. The analysis utilises proton-proton collision data collected at the CERN LHC with the CMS experiment at$$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV in 2016–2018, which correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. The observed$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate relative to the standard model expectation is 0.33 ± 0.26 = 0.33 ± 0.17(stat) ± 0.21(syst). Additionally, the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H production rate is determined in intervals of Higgs boson transverse momentum. An upper limit at 95% confidence level is set on the tH production rate of 14.6 times the standard model prediction, with an expectation of$$ {19.3}_{-6.0}^{+9.2} $$ 19.3 6.0 + 9.2 . Finally, constraints are derived on the strength and structure of the coupling between the Higgs boson and the top quark from simultaneous extraction of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{H} $$ t t ¯ H and tH production rates, and the results are combined with those obtained in other Higgs boson decay channels. 
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  5. A<sc>bstract</sc> A time-dependent, flavour-tagged measurement ofCPviolation is performed withB0→ D+Dand$$ {B}_s^0 $$ B s 0 →$$ {D}_s^{+}{D}_s^{-} $$ D s + D s decays, using data collected by the LHCb detector in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 6 fb−1. InB0→ D+Ddecays theCP-violation parameters are measured to be$$ {\displaystyle \begin{array}{c}{S}_{D^{+}{D}^{-}}=-0.552\pm 0.100\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.010\left(\textrm{syst}\right),\\ {}{C}_{D^{+}{D}^{-}}=0.128\pm 0.103\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.010\left(\textrm{syst}\right).\end{array}} $$ S D + D = 0.552 ± 0.100 stat ± 0.010 syst , C D + D = 0.128 ± 0.103 stat ± 0.010 syst . In$$ {B}_s^0 $$ B s 0 →$$ {D}_s^{+}{D}_s^{-} $$ D s + D s decays theCP-violating parameter formulation in terms ofϕsand|λ|results in$$ {\displaystyle \begin{array}{c}{\phi}_s=-0.086\pm 0.106\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.028\left(\textrm{syst}\right)\textrm{rad},\\ {}\mid {\lambda}_{D_s^{+}{D}_s^{-}}\mid =1.145\pm 0.126\left(\textrm{stat}\right)\pm 0.031\left(\textrm{syst}\right).\end{array}} $$ ϕ s = 0.086 ± 0.106 stat ± 0.028 syst rad , λ D s + D s = 1.145 ± 0.126 stat ± 0.031 syst . These results represent the most precise single measurement of theCP-violation parameters in their respective channels. For the first time in a single measurement,CPsymmetry is observed to be violated inB0→ D+Ddecays with a significance exceeding six standard deviations. 
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