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Observation of electroweak production of two jets and a $Z$-boson pair with the ATLAS detector at the LHC

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2020

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Report No.: CERN-EP-2020-016; arXiv:2004.10612

Abstract: Electroweak symmetry breaking explains the origin of the masses of elementary particles via their interactions with the Higgs field. Besides the measurements of the Higgs boson properties, the study of the scattering of massive vector bosons (with spin one) at the Large Hadron Collider allows to probe the nature of electroweak symmetry breaking with an unprecedented sensitivity. Among all processes related to vector-boson scattering, the electroweak production of two jets and a $Z$-boson pair is a rare and important one. This article reports on the first observation of this process using proton-proton collision data corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$ recorded at a centre-of-mass energy of 13 TeV by the ATLAS detector. Two different final states originating from the decays of the $Z$-boson pair, one containing four charged leptons and the other containing two charged leptons and two neutrinos, are considered. The hypothesis of no electroweak production is rejected with a statistical significance of 5.5 $\sigma$, and the measured cross-section for electroweak production is consistent with the Standard Model prediction. In addition, cross-sections for inclusive production of a $Z$-boson pair and two jets are reported for the two final states.

Keyword(s): p p: colliding beams ; electroweak interaction: symmetry breaking ; jet: pair production ; Z0: pair production ; jet: associated production ; Z0: leptonic decay ; neutrino: pair production ; vector boson: scattering ; spin: 1 ; channel cross section: measured ; vector boson: massive ; p p: scattering ; CERN LHC Coll ; dilepton: mass spectrum ; ATLAS ; inclusive production ; sensitivity ; statistical ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: 35 pages in total, author list starting page 19, 3 figures, 3 tables, submitted to Nature Physics. All figures including auxiliary figures are available at http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/STDM-2017-19/

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 2020
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Observation of electroweak production of two jets and a Z-boson pair
Nature physics 19(2), 237 – 253 () [10.1038/s41567-022-01757-y]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS


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