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Observation of four top quark production in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2023

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Report No.: CERN-EP-2023-090; CMS-TOP-22-013; arXiv:2305.13439

Abstract: The observation of the production of four top quarks in proton-proton collisions is reported, based on a data sample collected by the CMS experiment at a center-of-mass energy of 13 TeV in 2016-2018 at the CERN LHC and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. Events with two same-sign, three, or four charged leptons (electrons and muons) and additional jets are analyzed. Compared to previous results in these channels, updated identification techniques for charged leptons and jets originating from the hadronization of b quarks, as well as a revised multivariate analysis strategy to distinguish the signal process from the main backgrounds, lead to an improved expected signal significance of 4.9 standard deviations above the background-only hypothesis. Four top quark production is observed with a significance of 5.6 standard deviations, and its cross section is measured to be 17.7$^{+3.7}_{-3.5}$ (stat) $^{+2.3}_{-1.9}$ (syst) fb, in agreement with the available standard model predictions.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; top: multiple production ; channel cross section: measured ; bottom: hadronization ; final state: ((n)jet dilepton) ; final state: ((n)jet 3lepton) ; final state: ((n)jet 4lepton) ; particle identification ; muon ; CERN Lab ; electron ; CERN LHC Coll ; same sign ; background ; CMS ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: Submitted to Physics Letters B. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/TOP-22-013 (CMS Public Pages)

Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2023
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Observation of four top quark production in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV
Physics letters / B 847, 138290 () [10.1016/j.physletb.2023.138290]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS


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