skip to main content
OSTI.GOV title logo U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Title: Search for the production of four top quarks in the single-lepton and opposite-sign dilepton final states in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV

Journal Article · · Journal of High Energy Physics (Online)
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; more »; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; « less

A search for the standard model production of four top quarks (pp$$\to\mathrm{t\overline{t}t\overline{t}}$$) is reported using single-lepton plus jets and opposite-sign dilepton plus jets signatures. Proton-proton collisions are recorded with the CMS detector at the LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV in a sample corresponding to an integrated luminosity of 35.8 fb$$^{-1}$$. A multivariate analysis exploiting global event and jet properties is used to discriminate $$\mathrm{t\overline{t}t\overline{t}}$$ from $$\mathrm{t\overline{t}}$$ production. No significant deviation is observed from the predicted background. An upper limit is set on the cross section for $$\mathrm{t\overline{t}t\overline{t}}$$ production in the standard model of 48 fb at 95% confidence level. When combined with a previous measurement by the CMS experiment from an analysis of other final states, the observed signal significance is 1.4 standard deviations, and the combined cross section measurement is 13$$^{+11}_{-9}$$ fb. The result is also interpreted in the framework of effective field theory.

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States); Brown Univ., Providence, RI (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP); the European Union (EU); Polish National Science Centre (NCN); Leventis Foundation; the A.P. Sloan Foundation; Alexander von Humboldt Foundation; the Belgian Federal Science Policy Office
Contributing Organization:
The CMS collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359; 675440; 752730; 765710; 123842; 123959; 124845; 124850; 125105; 128713; 128786; 129058; 3.2989.2017; MDM-2015-0509; SC0010010; AC02-05CH11231
OSTI ID:
1542166
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1596849; OSTI ID: 1603538
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-19-315-CD; arXiv:1906.02805; CERN-EP-2019-098; oai:inspirehep.net:1738833
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2019, Issue 11; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer BerlinCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 6 works
Citation information provided by
Web of Science

References (64)

Single-top Wt-channel production matched with parton showers using the POWHEG method journal February 2011
A Supersymmetry Primer book April 2010
A positive-weight next-to-leading-order Monte Carlo for heavy flavour hadroproduction journal September 2007
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
Non-resonant new physics in top pair production at hadron colliders journal March 2011
The hunt for the rest of the Higgs bosons journal June 2015
The catchment area of jets journal April 2008
Supersymmetry, supergravity, and particle physics conference January 1986
HATHOR – HAdronic Top and Heavy quarks crOss section calculatoR journal April 2011
Large NLO corrections in t t ¯ W ± $$ t\overline{t}{W}^{\pm } $$ and t t ¯ t t ¯ $$ t\overline{t}t\overline{t} $$ hadroproduction from supposedly subleading EW contributions journal February 2018
Hadronic top-quark pair-production with one jet and parton showering journal January 2012
Performance of electron reconstruction and selection with the CMS detector in proton-proton collisions at √ s = 8 TeV journal June 2015
A general framework for implementing NLO calculations in shower Monte Carlo programs: the POWHEG BOX journal June 2010
A Monte Carlo global analysis of the Standard Model Effective Field Theory: the top quark sector journal April 2019
Manifestations of top compositeness at colliders journal May 2009
PDF4LHC recommendations for LHC Run II journal January 2016
Performance of Electron Reconstruction and Selection with the CMS Detector in Proton-Proton Collisions at √s = 8 TeV text January 2015
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
NNLO corrections to top-pair production at hadron colliders: the all-fermionic scattering channels journal December 2012
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Hadronic top-quark pair production with NNLL threshold resummation journal February 2012
Top++: A program for the calculation of the top-pair cross-section at hadron colliders journal November 2014
A Decision-Theoretic Generalization of On-Line Learning and an Application to Boosting journal August 1997
Comparative study of various algorithms for the merging of parton showers and matrix elements in hadronic collisions journal December 2007
Table 99 dataset January 2017
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
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
Presentation of search results: the CL s technique journal September 2002
Supersymmetry, supergravity and particle physics journal August 1984
Constraining BSM physics at the LHC: four top final states with NLO accuracy in perturbative QCD journal July 2012
Automatic spin-entangled decays of heavy resonances in Monte Carlo simulations journal March 2013
Top-pair production at hadron colliders with next-to-next-to-leading logarithmic soft-gluon resummation journal April 2012
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
Circuit Depth Reduction for Gate-Model Quantum Computers journal July 2020
NNLO corrections to top pair production at hadron colliders: the quark-gluon reaction journal January 2013
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations text January 2014
HatHor  for single top-quark production: Updated predictions and uncertainty estimates for single top-quark production in hadronic collisions journal June 2015
Parton distributions in the LHC era: MMHT 2014 PDFs journal May 2015
Baryon- and Lepton-Nonconserving Processes journal November 1979
Higgs decay to top quarks at hadron colliders journal July 1994
Matching matrix elements and shower evolution for top-pair production in hadronic collisions journal January 2007
A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
Percent-Level-Precision Physics at the Tevatron: Next-to-Next-to-Leading Order QCD Corrections to q q ¯ t t ¯ + X journal September 2012
Total Top-Quark Pair-Production Cross Section at Hadron Colliders Through O ( α S 4 ) journal June 2013
Tuning PYTHIA 8.1: the Monash 2013 tune journal August 2014
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
Recent Advances in Predictive (Machine) Learning journal September 2006
Confidence level computation for combining searches with small statistics journal September 1999
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
Effective lagrangian analysis of new interactions and flavour conservation journal May 1986
Dimension-six terms in the Standard Model Lagrangian journal October 2010
FeynRules  2.0 — A complete toolbox for tree-level phenomenology journal August 2014
Matching NLO QCD computations with Parton Shower simulations: the POWHEG method text January 2007
The anti-k_t jet clustering algorithm text January 2008
Single-top Wt-channel production matched with parton showers using the POWHEG method text January 2010
Non-resonant New Physics in Top Pair Production at Hadron Colliders text January 2010
Top-pair production at hadron colliders with next-to-next-to-leading logarithmic soft-gluon resummation text January 2011
Constraining BSM Physics at the LHC: Four top final states with NLO accuracy in perturbative QCD text January 2012
NNLO corrections to top-pair production at hadron colliders: the all-fermionic scattering channels text January 2012
NNLO corrections to top pair production at hadron colliders: the quark-gluon reaction text January 2012
Automatic spin-entangled decays of heavy resonances in Monte Carlo simulations text January 2012
HATHOR for single top-quark production: Updated predictions and uncertainty estimates for single top-quark production in hadronic collisions text January 2014
Composite scalars at the LHC: the Higgs, the Sextet and the Octet text January 2015
LHC signatures of a Z' mediator between dark matter and the SU(3) sector text January 2015

Similar Records

Measurement of top quark pair production in association with a Z boson in proton-proton collisions at s$$ \sqrt{\mathrm{s}} $$ = 13 TeV
Journal Article · Sun Mar 01 00:00:00 EST 2020 · Journal of High Energy Physics (Online) · OSTI ID:1542166

Search for a heavy Higgs boson decaying to a pair of W bosons in proton-proton collisions at $\sqrt{s} $ = 13 TeV
Journal Article · Fri Mar 06 00:00:00 EST 2020 · Journal of High Energy Physics (Online) · OSTI ID:1542166

Search for direct pair production of supersymmetric partners to the $\tau$ lepton in proton–proton collisions at $\sqrt{s}=13\,\text {TeV} $
Journal Article · Mon Mar 02 00:00:00 EST 2020 · European Physical Journal. C, Particles and Fields · OSTI ID:1542166