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Title: Observation of tt¯ Production in Pb+Pb Collisions at sNN=5.02  TeV with the ATLAS Detector
Top-quark pair production is observed in lead–lead ( Pb + Pb ) collisions at s NN = 5.02     TeV at the Large Hadron Collider with the ATLAS detector. The data sample was recorded in 2015 and 2018, amounting to an integrated luminosity of 1.9     nb − 1 . Events with exactly one electron and one muon and at least two jets are selected. Top-quark pair production is measured with an observed (expected) significance of 5.0 (4.1) standard deviations. The measured top-quark pair production cross section is σ t t ¯ = 3.6   − 0.9 + 1.0 ( stat )   − 0.5 + 0.8 ( syst )     μ b , with a total relative uncertainty of 31%, and is consistent with theoretical predictions using a range of different nuclear parton distribution functions. The observation of this process consolidates the evidence of the existence of all quark flavors in the preequilibrium stage of the quark-gluon plasma at very high energy densities, similar to the conditions present in the early Universe. © 2025 CERN, for the ATLAS Collaboration2025CERN  more » « less
Award ID(s):
2310094
PAR ID:
10613850
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Physical Review Journals
Date Published:
Journal Name:
Physical Review Letters
Volume:
134
Issue:
14
ISSN:
0031-9007
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review Letters)
    A search is presented for an extended Higgs sector with two new particles, X and ϕ , in the process X → ϕ ϕ → ( γ γ ) ( γ γ ) . Novel neural networks classify events with diphotons that are merged and determine the diphoton masses. The search uses LHC proton-proton collision data at s = 13     TeV collected with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 138     fb − 1 . No evidence of such resonances is seen. Upper limits are set on the production cross section for m X between 300 and 3000 GeV and m ϕ / m X between 0.5% and 2.5%, representing the most sensitive search in this channel. © 2025 CERN, for the CMS Collaboration2025CERN 
    more » « less
  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review D)
    The first observation of the concurrent production of two J / ψ mesons in proton-nucleus collisions is presented. The analysis is based on a proton-lead ( p Pb ) data sample recorded at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 8.16 TeV by the CMS experiment at the CERN LHC and corresponding to an integrated luminosity of 174.6     nb − 1 . The two J / ψ mesons are reconstructed in their μ + μ − decay channels with transverse momenta p T > 6.5     GeV and rapidity | y | < 2.4 . Events where one of the J / ψ mesons is reconstructed in the dielectron channel are also considered in the search. The p Pb → J / ψ J / ψ + X process is observed with a significance of 5.3 standard deviations. The measured inclusive fiducial cross section, using the four-muon channel alone, is σ ( p Pb → J / ψ J / ψ + X ) = 22.0 ± 8.9 ( stat ) ± 1.5 ( syst )     nb . A fit of the data to the expected rapidity separation for pairs of J / ψ mesons produced in single (SPS) and double (DPS) parton scatterings yields σ SPS p Pb → J / ψ J / ψ + X = 16.5 ± 10.8 ( stat ) ± 0.1 ( syst )     nb and σ DPS p Pb → J / ψ J / ψ + X = 5.4 ± 6.2 ( stat ) ± 0.4 ( syst )     nb , respectively. This latter result can be transformed into a lower bound on the effective DPS cross section, closely related to the squared average interparton transverse separation in the collision, of σ eff > 1.0     mb at 95% confidence level. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
    more » « less
  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review Letters)
    A search for collective effects inside jets produced in proton-proton collisions is performed via correlation measurements of charged particles using the CMS detector at the CERN LHC. The analysis uses data collected at a center-of-mass energy of s = 13     TeV , corresponding to an integrated luminosity of 138     fb − 1 . Jets are reconstructed with the anti- k T algorithm with a distance parameter of 0.8 and are required to have transverse momentum greater than 550 GeV and pseudorapidity | η jet | < 1.6 . Two-particle correlations among the charged particles within the jets are studied as functions of the particles’ azimuthal angle and pseudorapidity separations ( Δ ϕ * and Δ η * ) in a jet coordinate basis, where particles’ η * , ϕ * are defined relative to the direction of the jet. The correlation functions are studied in classes of in-jet charged-particle multiplicity up to N ch j ≈ 100 . Fourier harmonics are extracted from long-range azimuthal correlation functions to characterize azimuthal anisotropy for | Δ η * | > 2 . For low- N ch j jets, the long-range elliptic anisotropic harmonic, v 2 * , is observed to decrease with N ch j . This trend is well described by Monte Carlo event generators. However, a rising trend for v 2 * emerges at N ch j ≳ 80 , hinting at a possible onset of collective behavior, which is not reproduced by the models tested. This observation yields new insights into the dynamics of jet evolution in the vacuum. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical Review Letters)
    Energy correlators that describe energy-weighted distances between two or three particles in a hadronic jet are measured using an event sample of s = 13     TeV proton-proton collisions collected by the CMS experiment and corresponding to an integrated luminosity of 36.3     fb − 1 . The measured distributions are consistent with the trends in the simulation that reveal two key features of the strong interaction: confinement and asymptotic freedom. By comparing the ratio of the measured three- and two-particle energy correlator distributions with theoretical calculations that resum collinear emissions at approximate next-to-next-to-leading-logarithmic accuracy matched to a next-to-leading-order calculation, the strong coupling is determined at the Z boson mass: α S ( m Z ) = 0.122 9 − 0.0050 + 0.0040 , the most precise α S ( m Z ) value obtained using jet substructure observables. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Physical review)
    The first observation of the decay Ξ b − → ψ ( 2 S ) Ξ − and measurement of the branching ratio of Ξ b − → ψ ( 2 S ) Ξ − to Ξ b − → J / ψ Ξ − are presented. The J / ψ and ψ ( 2 S ) mesons are reconstructed using their dimuon decay modes. The results are based on proton-proton colliding beam data from the LHC collected by the CMS experiment at s = 13     TeV in 2016–2018, corresponding to an integrated luminosity of 140     fb − 1 . The branching fraction ratio is measured to be B ( Ξ b − → ψ ( 2 S ) Ξ − ) / B ( Ξ b − → J / ψ Ξ − ) = 0.8 4 − 0.19 + 0.21 ( stat ) ± 0.10 ( syst ) ± 0.02 ( B ) , where the last uncertainty comes from the uncertainties in the branching fractions of the charmonium states. New measurements of the Ξ b ( 5945 ) 0 baryon mass and natural width are also presented, using the Ξ b − π + final state, where the Ξ b − baryon is reconstructed through the decays J / ψ Ξ − , ψ ( 2 S ) Ξ − , J / ψ Λ K − , and J / ψ Σ 0 K − . Finally, the fraction of Ξ b − baryons produced from Ξ b ( 5945 ) 0 decays is determined. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN 
    more » « less
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