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

Observation of t t ¯ Production in Pb+Pb Collisions at s NN = 5.02 TeV with the ATLAS Detector

Journal Article · · Physical Review Letters
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Top-quark pair production is observed in lead–lead ( Pb + Pb ) collisions at s NN = 5.02 TeV at the Large Hadron Collider with the ATLAS detector. The data sample was recorded in 2015 and 2018, amounting to an integrated luminosity of 1.9 nb 1 . Events with exactly one electron and one muon and at least two jets are selected. Top-quark pair production is measured with an observed (expected) significance of 5.0 (4.1) standard deviations. The measured top-quark pair production cross section is σ t t ¯ = 3.6 0.9 + 1.0 ( stat ) 0.5 + 0.8 ( syst ) μ b , with a total relative uncertainty of 31%, and is consistent with theoretical predictions using a range of different nuclear parton distribution functions. The observation of this process consolidates the evidence of the existence of all quark flavors in the preequilibrium stage of the quark-gluon plasma at very high energy densities, similar to the conditions present in the early Universe.

© 2025 CERN, for the ATLAS Collaboration 2025 CERN
Research Organization:
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States)
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Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231; AC02-76SF00515
OSTI ID:
2549438
Alternate ID(s):
OSTI ID: 2588168
OSTI ID: 2588052
OSTI ID: 2587901
Journal Information:
Physical Review Letters, Journal Name: Physical Review Letters Journal Issue: 14 Vol. 134; ISSN 0031-9007; ISSN PRLTAO
Publisher:
American Physical SocietyCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

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Probing the Time Structure of the Quark-Gluon Plasma with Top Quarks journal June 2018
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FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
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Herwig 7.0/Herwig++ 3.0 release note journal April 2016
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Prompt and non-prompt $$J/\psi $$ J / ψ and $$\psi (2\mathrm {S})$$ ψ ( 2 S ) suppression at high transverse momentum in $$5.02~\mathrm {TeV}$$ 5.02 TeV Pb+Pb collisions with the ATLAS experiment journal September 2018
Measurement of $$W^\pm $$W± boson production in Pb+Pb collisions at $$\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 5.02~\text {Te}\text {V}$$sNN=5.02Te with the ATLAS detector journal November 2019
Performance of electron and photon triggers in ATLAS during LHC Run 2 journal January 2020
Herwig 7.2 release note journal May 2020
Muon reconstruction and identification efficiency in ATLAS using the full Run 2 pp collision data set at $$\sqrt{s}=13$$ TeV journal July 2021
Jet energy scale and resolution measured in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV with the ATLAS detector journal August 2021
The ATLAS inner detector trigger performance in pp collisions at 13 TeV during LHC Run 2 journal March 2022
nNNPDF3.0: evidence for a modified partonic structure in heavy nuclei journal June 2022
Luminosity determination in pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV using the ATLAS detector at the LHC journal October 2023
Jet quenching in high-energy heavy-ion collisions journal November 2015
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Heavy Ion Collisions: The Big Picture and the Big Questions journal October 2018
Nuclear Parton Distribution Functions After the First Decade of LHC Data journal September 2024
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Glauber Modeling in High-Energy Nuclear Collisions journal November 2007
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Towards EPPS21 nuclear PDFs journal July 2022
HIJING, a Heavy Ion Jet INteraction Generator for the High-Luminosity Era of the LHC and Beyond conference April 2019