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Title: Probing the Quantum Interference between Singly and Doubly Resonant Top-Quark Production in p p Collisions at s = 13 TeV with the ATLAS Detector

Journal Article · · Physical Review Letters
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This Letter presents a normalized differential cross-section measurement in a fiducial phase-space region where interference effects between top-quark pair production and associated production of a single top quark with a W boson and a b-quark are significant. Events with exactly two leptons (ee, μμ, or eμ) and two b-tagged jets that satisfy a multiparticle invariant mass requirement are selected from 36.1 fb-1 of proton-proton collision data taken at $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV with the ATLAS detector at the LHC in 2015 and 2016. The results are compared with predictions from simulations using various strategies for the interference. The standard prescriptions for interference modeling are significantly different from each other but are within 2σ of the data. State-of-the-art predictions that naturally incorporate interference effects provide the best description of the data in the measured region of phase space most sensitive to these effects. These results provide an important constraint on interference models and will guide future model development and tuning.

Research Organization:
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States); Harvard Univ., Cambridge, MA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231; AC02-76SF00515; SC0007881
OSTI ID:
1477582
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1481764; OSTI ID: 1490162; OSTI ID: 1730925
Journal Information:
Physical Review Letters, Journal Name: Physical Review Letters Vol. 121 Journal Issue: 15; 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 (64)

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Search for bottom squark pair production in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ s = 13  TeV with the ATLAS detector journal October 2016
Measurements of t t ¯ cross sections in association with b jets and inclusive jets and their ratio using dilepton final states in pp collisions at s = 13 TeV journal January 2018
A variable for measuring masses at hadron colliders when missing energy is expected; m T 2 : the truth behind the glamour journal September 2003
Search for top-squark pair production in final states with one lepton, jets, and missing transverse momentum using 36 fb−1 of s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV pp collision data with the ATLAS detector journal June 2018
Search for top squarks in final states with one isolated lepton, jets, and missing transverse momentum in s = 13 TeV p p collisions with the ATLAS detector journal September 2016
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
On the treatment of resonances in next-to-leading order calculations matched to a parton shower journal December 2015
PYTHIA 6.4 physics and manual journal May 2006
Search for direct top squark pair production in final states with two leptons in $$\sqrt{s} = 13$$ s = 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector journal December 2017
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
Performance of the ATLAS trigger system in 2015 journal May 2017
Topological cell clustering in the ATLAS calorimeters and its performance in LHC Run 1 journal July 2017
Erratum to: ATLAS Run 1 searches for direct pair production of third-generation squarks at the Large Hadron Collider ATLAS Collaboration journal March 2016
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
High-Precision Differential Predictions for Top-Quark Pairs at the LHC journal February 2016
Measuring masses of semi-invisibly decaying particle pairs produced at hadron colliders journal September 1999
Jet energy scale measurements and their systematic uncertainties in proton-proton collisions at s = 13 TeV with the ATLAS detector journal October 2017
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Complete off-shell effects in top quark pair hadroproduction with leptonic decay at next-to-leading order journal February 2011
Herwig++ physics and manual journal November 2008
Measurement of normalized differential t t ¯ $$ \mathrm{t}\overline{\mathrm{t}} $$ cross sections in the dilepton channel from pp collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal April 2018
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Vector Boson Production at Hadron Colliders: A Fully Exclusive QCD Calculation at Next-to-Next-to-Leading Order journal August 2009
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A unified NLO description of top-pair and associated Wt production journal March 2014
Measurement of the cross-section for producing a W boson in association with a single top quark in pp collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV with ATLAS journal January 2018
Measurements of fiducial cross-sections for $$t\bar{t}$$ t t ¯ production with one or two additional b-jets in pp collisions at $$\sqrt{s}$$ s =8 TeV using the ATLAS detector journal January 2016
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ATLAS Run 1 searches for direct pair production of third-generation squarks at the Large Hadron Collider journal October 2015
New parton distributions for collider physics journal October 2010
Measurement of the cross section ratio σ t t ¯ b b ¯ / σ t t ¯ jj in p p collisions at s = 8 TeV journal June 2015
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Measurements of differential cross sections of top quark pair production as a function of kinematic event variables in proton-proton collisions at s = 13 $$ \sqrt{s}=13 $$ TeV journal June 2018
PDF4LHC recommendations for LHC Run II journal January 2016
Constraining MPI models using σ eff and recent Tevatron and LHC Underlying Event data journal October 2013
Measurement of differential cross sections for the production of top quark pairs and of additional jets in lepton + jets events from p p collisions at s = 13 TeV journal June 2018
Parton distributions with LHC data journal February 2013
Top++: A program for the calculation of the top-pair cross-section at hadron colliders journal November 2014
tWH associated production at the LHC journal January 2017
Search for gluinos in events with an isolated lepton, jets and missing transverse momentum at $$\sqrt{s}$$ s = 13 Te V with the ATLAS detector journal October 2016
Muon reconstruction performance of the ATLAS detector in proton–proton collision data at $$\sqrt{s}$$ s =13 TeV journal May 2016
NLO matching for <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" xmlns:sa="http://www.elsevier.com/xml/common/struct-aff/dtd"><mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:math> production with massive b-quarks journal June 2014
Electron efficiency measurements with the ATLAS detector using 2012 LHC proton–proton collision data journal March 2017
Addendum to ‘Measurement of the $$t\bar{t}$$ t t ¯ production cross-section using $$e\mu $$ e μ events with b-tagged jets in pp collisions at $$\sqrt{s}$$ s = 7 and 8  $$\,\mathrm{TeV}$$ TeV with the ATLAS detector’ journal November 2016
NLO corrections to squark-squark production and decay at the LHC journal March 2013
Geant4—a simulation toolkit
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An NLO+PS generator for $${\varvec{t \bar{t}}}$$ t t ¯ and $${\varvec{W t}}$$ W t production and decay including non-resonant and interference effects journal December 2016
Measurement of differential cross-sections of a single top quark produced in association with a W boson at $$\sqrt{s}={13}{\text {TeV}}$$ s = 13 TeV with ATLAS journal March 2018
Measurements of top-quark pair differential cross-sections in the $$e\mu $$ e μ channel in pp collisions at $$\sqrt{s} = 13$$ s = 13  TeV using the ATLAS detector journal May 2017
Single-top hadroproduction in association with a W boson journal July 2008

Figures / Tables (3)