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  • Measurement of $$ t\overline{t} $$ production in association with additional b-jets in the eμ final state in proton–proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector

This content will become publicly available on January 1, 2026

Title: Measurement of $$ t\overline{t} $$ production in association with additional b-jets in the eμ final state in proton–proton collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV with the ATLAS detector
A<sc>bstract</sc> This paper presents measurements of top-antitop quark pair ($$ t\overline{t} $$ t t ¯ ) production in association with additionalb-jets. The analysis utilises 140 fb−1of proton–proton collision data collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of 13 TeV. Fiducial cross-sections are extracted in a final state featuring one electron and one muon, with at least three or fourb-jets. Results are presented at the particle level for both integrated cross-sections and normalised differential cross-sections, as functions of global event properties, jet kinematics, andb-jet pair properties. Observable quantities characterisingb-jets originating from the top quark decay and additionalb-jets are also measured at the particle level, after correcting for detector effects. The measured integrated fiducial cross-sections are consistent with$$ t\overline{t}b\overline{b} $$ t t ¯ b b ¯ predictions from various next-to-leading-order matrix element calculations matched to a parton shower within the uncertainties of the predictions. State-of-the-art theoretical predictions are compared with the differential measurements; none of them simultaneously describes all observables. Differences between any two predictions are smaller than the measurement uncertainties for most observables.  more » « less
Award ID(s):
2309613
PAR ID:
10599279
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
JHEP01(2025)068
Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2025
Issue:
1
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Measurements of inclusive and normalized differential cross sections of the associated production of top quark-antiquark and bottom quark-antiquark pairs,$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ t t ¯ b b ¯ , are presented. The results are based on data from proton-proton collisions collected by the CMS detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb−1. The cross sections are measured in the lepton+jets decay channel of the top quark pair, using events containing exactly one isolated electron or muon and at least five jets. Measurements are made in four fiducial phase space regions, targeting different aspects of the$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}}\textrm{b}\overline{\textrm{b}} $$ t t ¯ b b ¯ process. Distributions are unfolded to the particle level through maximum likelihood fits, and compared with predictions from several event generators. The inclusive cross section measurements of this process in the fiducial phase space regions are the most precise to date. In most cases, the measured inclusive cross sections exceed the predictions with the chosen generator settings. The only exception is when using a particular choice of dynamic renormalization scale,$$ {\mu}_{\textrm{R}}=\frac{1}{2}{\prod}_{i=\textrm{t},\overline{\textrm{t}},\textrm{b},\overline{\textrm{b}}}{m}_{\textrm{T},i}^{1/4} $$ μ R = 1 2 ∏ i = t , t ¯ , b , b ¯ m T , i 1 / 4 , where$$ {m}_{\textrm{T},i}^2={m}_i^2+{p}_{\textrm{T},i}^2 $$ m T , i 2 = m i 2 + p T , i 2 are the transverse masses of top and bottom quarks. The differential cross sections show varying degrees of compatibility with the theoretical predictions, and none of the tested generators with the chosen settings simultaneously describe all the measured distributions. 
    more » « less
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    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+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. 
    more » « less
  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Measurements of the inclusive and normalised differential cross sections are presented for the production of single top quarks in association with a W boson in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The data used were recorded with the CMS detector at the LHC during 2016–2018, and correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1. Events containing one electron and one muon in the final state are analysed. For the inclusive measurement, a multivariate discriminant, exploiting the kinematic properties of the events is used to separate the signal from the dominant$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ background. A cross section of$$ 79.2\pm 0.9{\left(\textrm{stat}\right)}_{-8.0}^{+7.7}\left(\textrm{syst}\right)\pm 1.2\left(\textrm{lumi}\right) $$ 79.2 ± 0.9 stat − 8.0 + 7.7 syst ± 1.2 lumi pb is obtained, consistent with the predictions of the standard model. For the differential measurements, a fiducial region is defined according to the detector acceptance, and the requirement of exactly one jet coming from the fragmentation of a bottom quark. The resulting distributions are unfolded to particle level and agree with the predictions at next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for the central exclusive production of top quark-antiquark pairs ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ ) is performed for the first time using proton-tagged events in proton-proton collisions at the LHC at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The data correspond to an integrated luminosity of 29.4 fb−1. The$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ decay products are reconstructed using the central CMS detector, while forward protons are measured in the CMS-TOTEM precision proton spectrometer. An observed (expected) upper bound on the production cross section of 0.59 (1.14) pb is set at 95% confidence level, for collisions of protons with fractional momentum losses between 2 and 20%. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> A search for supersymmetry is presented in events with a single charged lepton, electron or muon, and multiple hadronic jets. The data correspond to an integrated luminosity of 138 fb−1of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, recorded by the CMS experiment at the CERN LHC. The search targets gluino pair production, where the gluinos decay into final states with the lightest supersymmetric particle (LSP) and either a top quark-antiquark ($$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ ) pair, or a light-flavor quark-antiquark ($$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$ q q ¯ ) pair and a virtual or on-shell W boson. The main backgrounds,$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ pair and W+jets production, are suppressed by requirements on the azimuthal angle between the momenta of the lepton and of its reconstructed parent W boson candidate, and by top quark and W boson identification based on a machine-learning technique. The number of observed events is consistent with the expectations from standard model processes. Limits are evaluated on supersymmetric particle masses in the context of two simplified models of gluino pair production. Exclusions for gluino masses reach up to 2120 (2050) GeV at 95% confidence level for a model with gluino decay to a$$ \textrm{t}\overline{\textrm{t}} $$ t t ¯ pair (a$$ \textrm{q}\overline{\textrm{q}} $$ q q ¯ pair and a W boson) and the LSP. For the same models, limits on the mass of the LSP reach up to 1250 (1070) GeV. 
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