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

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

A measurement of the inclusive cross section of top quark pair production in association with a Z boson using proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV at the LHC is performed. The data sample corresponds to an integrated luminosity of 77.5 fb$$^{-1}$$, collected by the CMS experiment during 2016 and 2017. The measurement is performed using final states containing three or four charged leptons (electrons or muons), and the Z boson is detected through its decay to an oppositely charged lepton pair. The production cross section is measured to be σ($$ \mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}\mathrm{Z} $$) = 0.95 ± 0.05 (stat) ± 0.06 (syst) pb. For the first time, differential cross sections are measured as functions of the transverse momentum of the Z boson and the angular distribution of the negatively charged lepton from the Z boson decay. The most stringent direct limits to date on the anomalous couplings of the top quark to the Z boson are presented, including constraints on the Wilson coefficients in the framework of the standard model effective field theory.[graphic not available: see fulltext]

Research Organization:
Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States); Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States); Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP); European Research Council (ERC); NKFIA; Polish National Science Centre (NCN); Ministry of Science and Education; Investigacion Cientıfica y Tecnica de Excelencia Marıa de Maeztu; Welch Foundation
Contributing Organization:
The CMS collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359; AC02-05CH11231; 675440; 752730; 765710; 123842; 123959; 124845; 124850; 125105; 128713; 128786; 129058; Harmonia 2014/14/M/ST2/00428; Opus 2014/13/B/ST2; 02543; 2014/15/B/ST2/03998; 2015/19/B/ST2/02861; Sonatabis 2012/07/E/ST2/01406; 3.2989.2017; MDM-2015-0509; C-1845
OSTI ID:
1606574
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1616123
Report Number(s):
FERMILAB-PUB-20-136-CMS; arXiv:1907.11270; CNS-TOP-18-009; CERN-EP-2019-124; oai:inspirehep.net:1746445
Journal Information:
Journal of High Energy Physics (Online), Vol. 2020, Issue 3; ISSN 1029-8479
Publisher:
Springer BerlinCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (72)

ZZ production at hadron colliders in NNLO QCD journal July 2014
String formation beyond leading colour journal August 2015
W polarisation beyond helicity fractions in top quark decays journal November 2010
The anti- k t jet clustering algorithm journal April 2008
Light top partners and precision physics journal October 2013
HW ±/HZ + 0 and 1 jet at NLO with the POWHEG BOX interfaced to GoSam and their merging within MiNLO journal October 2013
Probing top quark neutral couplings in the Standard Model Effective Field Theory at NLO in QCD journal May 2016
Determination of jet energy calibration and transverse momentum resolution in CMS journal November 2011
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
Electroweak and QCD corrections to top-pair hadroproduction in association with heavy bosons journal June 2015
MCFM for the Tevatron and the LHC journal August 2010
NLO corrections to WWZ production at the LHC journal December 2013
Higgs coupling measurements at the LHC journal July 2016
Pinning down electroweak dipole operators of the top quark journal August 2016
The automated computation of tree-level and next-to-leading order differential cross sections, and their matching to parton shower simulations journal July 2014
FastJet user manual: (for version 3.0.2) journal March 2012
Parton distributions with LHC data journal February 2013
Handbook of LHC Higgs Cross Sections: 4. Deciphering the Nature of the Higgs Sector report October 2016
Top++: A program for the calculation of the top-pair cross-section at hadron colliders journal November 2014
A minimal set of top anomalous couplings journal May 2009
Dimension-six terms in the Standard Model Lagrangian journal October 2010
Uncertainties on α S in global PDF analyses and implications for predicted hadronic cross sections journal October 2009
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
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at √s = 7 TeV journal October 2012
TUnfold, an algorithm for correcting migration effects in high energy physics journal October 2012
Merging meets matching in MC@NLO journal December 2012
The automation of next-to-leading order electroweak calculations journal July 2018
Top dipole form factors and loop-induced CP violation in supersymmetry journal June 1999
Collider signals of top quark flavor violation from a warped extra dimension journal January 2007
General minimal flavor violation journal October 2009
Top quark electric dipole moment in a minimal supersymmetric standard model extension with vectorlike multiplets journal September 2010
Chromoelectric dipole moment of the top quark in models with vectorlike multiplets journal July 2011
Parton distributions for the LHC run II journal April 2015
Parton distributions from high-precision collider data: NNPDF Collaboration journal October 2017
A brief introduction to PYTHIA 8.1 journal June 2008
Tuning PYTHIA 8.1: the Monash 2013 tune journal August 2014
PDF4LHC recommendations for LHC Run II journal January 2016
QCD corrections to Z Z production in gluon fusion at the LHC journal November 2015
Spin and parity of a single-produced resonance at the LHC journal November 2012
W+W−, WZ and ZZ production in the POWHEG BOX journal November 2011
$$W^+W^-$$ W + W - , $$WZ$$ W Z and $$ZZ$$ Z Z production in the POWHEG-BOX-V2 journal January 2014
Higgs boson production in association with top quarks in the POWHEG BOX journal May 2015
Single top production in association with a Z boson at the LHC journal June 2013
CT10 next-to-next-to-leading order global analysis of QCD journal February 2014
Effects of color reconnection on tt¯ $$ t\overline{t} $$ final states at the LHC journal November 2014
Confidence level computation for combining searches with small statistics journal September 1999
Asymptotic formulae for likelihood-based tests of new physics journal February 2011
Associated production of a top quark pair with a heavy electroweak gauge boson at NLO+NNLL accuracy journal March 2019
Constraining couplings of top quarks to the Z boson in t t ¯ $$ t\overline{t} $$ + Z production at the LHC journal July 2014
Weak magnetic dipole moments in two-Higgs-doublet models journal May 1996
Effective-field-theory approach to top-quark production and decay journal February 2011
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 text January 2014
Merging meets matching in MC@NLO text January 2012
Handbook of LHC Higgs cross sections: 4. Deciphering the nature of the Higgs sector text January 2017
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at √s = 7 TeV text January 2012
Identification of b-quark jets with the CMS experiment text January 2013
Determination of jet energy calibration and transverse momentum resolution in CMS text January 2011
The anti-k_t jet clustering algorithm text January 2008
A minimal set of top anomalous couplings text January 2008
Uncertainties on alpha_S in global PDF analyses and implications for predicted hadronic cross sections text January 2009
MCFM for the Tevatron and the LHC text January 2010
Performance of CMS muon reconstruction in pp collision events at sqrt(s) = 7 TeV text January 2012
Parton distributions with LHC data text January 2012
Merging meets matching in MC@NLO text January 2012
HW/HZ + 0 and 1 jet at NLO with the POWHEG BOX interfaced to GoSam and their merging within MiNLO text January 2013
ZZ production at hadron colliders in NNLO QCD text January 2014
Electroweak and QCD corrections to top-pair hadroproduction in association with heavy bosons preprint January 2015


Figures / Tables (17)