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Office of Scientific and Technical Information

Title: Evidence for the Associated Production of a Single Top Quark and a Photon in Proton-Proton Collisions at s = 13 TeV

Journal Article · · Physical Review Letters
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The first evidence of events consistent with the production of a single top quark in association with a photon is reported. The analysis is based on proton-proton collisions at √s=13 TeV and recorded by the CMS experiment in 2016, corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb-1. Events are selected by requiring the presence of a muon (μ), a photon (γ), an imbalance in transverse momentum from an undetected neutrino (ν), and at least two jets (j) of which exactly one is identified as associated with the hadronization of a b quark. A multivariate discriminant based on topological and kinematic event properties is employed to separate signal from background processes. An excess above the background-only hypothesis is observed, with a significance of 4.4 standard deviations. A fiducial cross section is measured for isolated photons with transverse momentum greater than 25 GeV in the central region of the detector. The measured product of the cross section and branching fraction is σ(pp→tγj)B(t→μνb)=115±17(stat)±30(syst) fb, which is consistent with the standard model prediction.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
CMS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359
OSTI ID:
1475057
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-18-533-CMS; arXiv:1808.02913; CMS-TOP-17-016; CERN-EP-2018-206; PRLTAO; 1686000
Journal Information:
Physical Review Letters, Vol. 121, Issue 22; ISSN 0031-9007
Publisher:
American Physical Society (APS)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 12 works
Citation information provided by
Web of Science

References (75)

Measurement of the t -Channel Single Top Quark Production Cross Section in p p Collisions at s = 7 TeV journal August 2011
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
Measurement of Wγ and Zγ production in pp collisions at <mml:math altimg="si1.gif" overflow="scroll" xmlns:xocs="http://www.elsevier.com/xml/xocs/dtd" xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:ja="http://www.elsevier.com/xml/ja/dtd" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:tb="http://www.elsevier.com/xml/common/table/dtd" xmlns:sb="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-bib/dtd" xmlns:ce="http://www.elsevier.com/xml/common/dtd" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:cals="http://www.elsevier.com/xml/common/cals/dtd"><mml:msqrt><mml:mi>s</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext>TeV</mml:mtext></mml:math> journal July 2011
Measurement of the $${{\mathrm{W} }^{+} }\mathrm{W}^{-} $$ W + W - cross section in pp collisions at $$\sqrt{s} = 8$$ s = 8 TeVand limits on anomalous gauge couplings journal July 2016
Evidence for t t ¯ γ production and measurement of σ t t ¯ γ / σ t t ¯ journal August 2011
Measurement of electroweak-induced production of Wγ with two jets in pp collisions at s = 8 $$ \sqrt{s}=8 $$ TeV and constraints on anomalous quartic gauge couplings journal June 2017
Probing top quark electromagnetic dipole moments in single-top-plus-photon production journal August 2013
Performance of the CMS muon detector and muon reconstruction with proton-proton collisions at √ s =13 TeV journal June 2018
Measurement of Inclusive W and Z Boson Production Cross Sections in p p Collisions at s = 8 TeV journal May 2014
Measurement of the W γ and Z γ inclusive cross sections in p p collisions at s = 7 TeV and limits on anomalous triple gauge boson couplings journal May 2014
A brief introduction to PYTHIA 8.1 journal June 2008
Performance of electron reconstruction and selection with the CMS detector in proton-proton collisions at √ s = 8 TeV journal June 2015
Cross section measurement of t -channel single top quark production in pp collisions at s = 13 TeV journal September 2017
A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
Measurement of the Inelastic Proton-Proton Cross Section at s = 13 TeV with the ATLAS Detector at the LHC journal October 2016
PYTHIA 6.4 physics and manual journal May 2006
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FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Measurement of the t t ¯ γ $$ t\overline{t}\gamma $$ production cross section in proton-proton collisions at s = 8 $$ \sqrt{s}=8 $$ TeV with the ATLAS detector journal November 2017
Measuring anomalous WW $$\gamma $$ γ and t $$\bar{\text {t}}\gamma $$ t ¯ γ couplings using top+ $$\gamma $$ γ production at the LHC journal September 2016
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
Identification of heavy-flavour jets with the CMS detector in pp collisions at 13 TeV journal May 2018
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Performance of photon reconstruction and identification with the CMS detector in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$= 8 TeV journal August 2015
Studies of boosted decision trees for MiniBooNE particle identification
  • Yang, Hai-Jun; Roe, Byron P.; Zhu, Ji
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 555, Issue 1-2 https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.09.022
journal December 2005
Pileup subtraction using jet areas journal January 2008
Geant4—a simulation toolkit
  • Agostinelli, S.; Allison, J.; Amako, K.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 506, Issue 3 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
journal July 2003
Measurement of the cross section for electroweak production of Z γ in association with two jets and constraints on anomalous quartic gauge couplings in proton–proton collisions at s = 8  TeV journal July 2017
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The CMS experiment at the CERN LHC journal August 2008
Top-pair production and decay at NLO matched with parton showers journal April 2015
Herwig++ physics and manual journal November 2008
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A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms text January 2004
Particle-flow reconstruction and global event description with the CMS detector text January 2017

Cited By (4)

Top-quark electroweak interactions at high energy journal October 2019
Study of constraint and impact of a nuisance parameter in maximum likelihood method journal July 2019
Measurement of the top quark Yukawa coupling from t t ¯ kinematic distributions in the lepton + jets final state in proton-proton collisions at s = 13     TeV journal October 2019
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Figures / Tables (4)