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Combination of the W boson polarization measurements in top quark decays using ATLAS and CMS data at $\sqrt{s} =$ 8 TeV

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2020
SISSA Trieste

Journal of high energy physics 08(8), 051 () [10.1007/JHEP08(2020)051]
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Report No.: ATLAS-TOPQ-2018-02; CERN-EP-2020-012; CMS-TOP-19-004; arXiv:2005.03799

Abstract: The combination of measurements of the W boson polarization in top quark decays performed by the ATLAS and CMS Collaborations is presented. The measurements are based on proton-proton collision data produced at the LHC at a centre-of-mass energy of 8 TeV, and corresponding to an integrated luminosity of about 20 fb$^{-1}$ for each experiment. The measurements used events containing one lepton and having different jet multiplicities in the final state. The results are quoted as fractions of W bosons with longitudinal ($F_0$), left-handed ($F_\mathrm{L}$), or right-handed ($F_\mathrm{R}$) polarizations. The resulting combined measurements of the polarization fractions are $F_0 =$ 0.693 $\pm$ 0.014 and $F_\mathrm{L} =$ 0.315 $\pm$ 0.011. The fraction $F_\mathrm{R}$ is calculated from the unitarity constraint to be $F_\mathrm{R} = -$0.008 $\pm$ 0.007. These results are in agreement with the standard model predictions at next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics and represent an improvement in precision of 25 (29)% for $F_0$ ($F_\mathrm{L}$) with respect to the most precise single measurement. A limit on anomalous right-handed vector ($V_{\text{R}}$), and left- and right-handed tensor ($g_{\text{L}},g_{\text{R}}$) tWb couplings is set while fixing all others to their standard model values. The allowed regions are [$-$0.11, 0.16] for $V_{\text{R}}$, [$-$0.08, 0.05] for $g_{\text{L}}$, and [$-$0.04, 0.02] for $g_{\text{R}}$, at 95% confidence level. Limits on the corresponding Wilson coefficients are also derived.

Keyword(s): p p: colliding beams ; W: polarization ; top: decay ; unitarity: constraint ; jet: multiplicity ; p p: scattering ; perturbation theory: higher-order ; higher-order: 2 ; W: right-handed ; ATLAS ; CMS ; coupling: vector ; coupling: tensor ; coupling: anomaly ; coupling constant: upper limit ; quantum chromodynamics: perturbation theory ; CERN LHC Coll ; polarization: longitudinal ; W: left-handed ; Wilson ; final state: ((n)jet lepton) ; experimental results ; 8000 GeV-cms

Classification:

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
  2. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF3-611) (POF3-611)
  2. DFG project 390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS
  2. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2020
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