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Measurement of $W^{\pm}$ and $Z$-boson production cross sections in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ATLAS detector

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2016

 GO

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Report No.: CERN-EP-2016-069; arXiv:1603.09222

Abstract: Measurements of the $W^{\pm} \rightarrow \ell^{\pm} \nu$ and $Z \rightarrow \ell^+ \ell^-$ production cross sections (where $\ell^{\pm}=e^{\pm},\mu^{\pm}$) in proton-proton collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV are presented using data recorded by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider, corresponding to a total integrated luminosity of 81 pb$^{-1}$. The total inclusive $W^{\pm}$-boson production cross sections times the single-lepton-flavour branching ratios are $\sigma_{W^+}^{tot}= 11.78 \pm 0.02 (stat) \pm 0.32 (sys) \pm 0.59 (lumi)$ nb and $\sigma_{W^-}^{tot} = 8.75 \pm 0.02 (stat) \pm 0.24 (sys) \pm 0.44 (lumi)$ nb for $W^+$ and $W^-$, respectively. The total inclusive $Z$-boson production cross section times leptonic branching ratio, within the invariant mass window $66 < m_{\ell\ell} < 116$ GeV, is $\sigma_{Z}^{tot} = 1.97 \pm 0.01 (stat) \pm 0.04 (sys) \pm 0.10 (lumi)$ nb. The $W^+$, $W^-$, and $Z$-boson production cross sections and cross-section ratios within a fiducial region defined by the detector acceptance are also measured. The cross-section ratios benefit from significant cancellation of experimental uncertainties, resulting in $\sigma_{W^+}^{fid}/\sigma_{W^-}^{fid} = 1.295 \pm 0.003 (stat) \pm 0.010 (sys)$ and $\sigma_{W^{\pm}}^{fid}/\sigma_{Z}^{fid} = 10.31 \pm 0.04 (stat) \pm 0.20 (sys)$. Theoretical predictions, based on calculations accurate to next-to-next-to-leading order for quantum chromodynamics and next-to-leading order for electroweak processes and which employ different parton distribution function sets, are compared to these measurements.

Keyword(s): cross section: ratio ; parton: distribution function ; p p: scattering ; higher-order: 1 ; higher-order: 2 ; branching ratio ; ATLAS ; electroweak interaction ; quantum chromodynamics ; CERN LHC Coll ; acceptance


Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF3-611) (POF3-611)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2016
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