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U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Test of the universality of τ and μ lepton couplings in W-boson decays with the ATLAS detector

Journal Article · · Nature Physics
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The standard model of particle physics encapsulates our best current understanding of physics at the smallest scales. A fundamental axiom of this theory is the universality of the couplings of the different generations of leptons to the electroweak gauge bosons. The measurement of the ratio of the decay rate of W bosons to τ leptons and muons, R(τ/μ), constitutes an important test of this axiom. Using 139 fb–1 of proton–proton collisions recorded with the ATLAS detector at a centre-of-mass energy of 13 TeV, we report a measurement of this quantity from di-leptonic $$t\overline{t}$$ events where the top quarks decay into a W boson and a bottom quark. We can distinguish muons originating from W bosons and those originating from an intermediate τ lepton through the muon transverse impact parameter and differences in the muon transverse momentum spectra. The measured value of R(τ/μ) is 0.992 ± 0.013 [± 0.007(stat) ± 0.011(syst)] and is in agreement with the hypothesis of universal lepton couplings as postulated in the standard model. This is the only such measurement from the Large Hadron Collider, so far, and obtains twice the precision of previous measurements.

Research Organization:
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231
OSTI ID:
1813395
Journal Information:
Nature Physics, Journal Name: Nature Physics Journal Issue: 7 Vol. 17; ISSN 1745-2473
Publisher:
Nature Publishing Group (NPG)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (45)

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HATHOR – HAdronic Top and Heavy quarks crOss section calculatoR journal April 2011
Top++: A program for the calculation of the top-pair cross-section at hadron colliders journal November 2014
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
HatHor  for single top-quark production: Updated predictions and uncertainty estimates for single top-quark production in hadronic collisions journal June 2015
Collier: A fortran-based complex one-loop library in extended regularizations journal March 2017
Hadronic top-quark pair production with NNLL threshold resummation journal February 2012
Parton distributions with LHC data journal February 2013
Top-pair production at hadron colliders with next-to-next-to-leading logarithmic soft-gluon resummation journal April 2012
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Electroweak measurements in electron–positron collisions at W-boson-pair energies at LEP journal August 2013
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QCD Matrix Elements + Parton Showers journal November 2001
A New Method for Combining NLO QCD with Shower Monte Carlo Algorithms journal November 2004
A positive-weight next-to-leading-order Monte Carlo for heavy flavour hadroproduction journal September 2007
Matching NLO QCD computations with parton shower simulations: the POWHEG method journal November 2007
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Measurement of the τ Lifetime journal January 1982
Herwig++ physics and manual journal November 2008
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
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Herwig 7.0/Herwig++ 3.0 release note journal April 2016
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