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Title: Measurements of polarization and spin correlation and observation of entanglement in top quark pairs using lepton+jets events from proton-proton collisions at s=13  TeV
Measurements of the polarization and spin correlation in top quark pairs ( t t ¯ ) are presented using events with a single electron or muon and jets in the final state. The measurements are based on proton-proton collision data from the LHC at s = 13 TeV collected by the CMS experiment, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb 1 . All coefficients of the polarization vectors and the spin correlation matrix are extracted simultaneously by performing a binned likelihood fit to the data. The measurement is performed inclusively and in bins of additional observables, such as the mass of the t t ¯ system and the top quark scattering angle in the t t ¯ rest frame. The measured polarization and spin correlation are in agreement with the standard model. From the measured spin correlation, conclusions on the t t ¯ spin entanglement are drawn by applying the Peres-Horodecki criterion. The standard model predicts entangled spins for t t ¯ states at the production threshold and at high masses of the t t ¯ system. Entanglement is observed for the first time in events at high t t ¯ mass, where a large fraction of the t t ¯ decays are spacelike separated, with an expected and observed significance of above 5 standard deviations. © 2024 CERN, for the CMS Collaboration2024CERN  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10634677
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
American Physical Society
Date Published:
Journal Name:
Physical Review D
Volume:
110
Issue:
11
ISSN:
2470-0010
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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