Journal Article PUBDB-2023-04873

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Differential $ t\overline{t} $ cross-section measurements using boosted top quarks in the all-hadronic final state with 139 fb$^{−1}$ of ATLAS data

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2023
SISSA [Trieste]

Journal of high energy physics 04(4), 80 () [10.1007/JHEP04(2023)080]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2022-026; arXiv:2205.02817

Abstract: Measurements of single-, double-, and triple-differential cross-sections are presented for boosted top-quark pair-production in 13 TeV proton–proton collisions recorded by the ATLAS detector at the LHC. The top quarks are observed through their hadronic decay and reconstructed as large-radius jets with the leading jet having transverse momentum (p$_{T}$) greater than 500 GeV. The observed data are unfolded to remove detector effects. The particle-level cross-section, multiplied by the $ t\overline{t}\to WWb\overline{b} $ branching fraction and measured in a fiducial phase space defined by requiring the leading and second-leading jets to have p$_{T}$> 500 GeV and p$_{T}$> 350 GeV, respectively, is 331 ± 3(stat.) ± 39(syst.) fb. This is approximately 20% lower than the prediction of $ {398}_{-49}^{+48} $ fb by Powheg+Pythia 8 with next-to-leading-order (NLO) accuracy but consistent within the theoretical uncertainties. Results are also presented at the parton level, where the effects of top-quark decay, parton showering, and hadronization are removed such that they can be compared with fixed-order next-to-next-to-leading-order (NNLO) calculations. The parton-level cross-section, measured in a fiducial phase space similar to that at particle level, is 1.94 ± 0.02(stat.) ± 0.25(syst.) pb. This agrees with the NNLO prediction of $ {1.96}_{-0.17}^{+0.02} $ pb. Reasonable agreement with the differential cross-sections is found for most NLO models, while the NNLO calculations are generally in better agreement with the data. The differential cross-sections are interpreted using a Standard Model effective field-theory formalism and limits are set on Wilson coefficients of several four-fermion operators.[graphic not available: see fulltext]

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; top: pair production ; top: effect ; top: decay ; higher-order: 1 ; higher-order: 2 ; perturbation theory: higher-order ; quantum chromodynamics: perturbation theory ; top: boosted particle ; final state: ((n)jet) ; phase space ; parton: showers ; ATLAS ; differential cross section: measured ; angular dependence ; transverse momentum dependence ; momentum dependence ; top: branching ratio ; top: hadronic decay ; jet: transverse momentum: high ; CERN LHC Coll ; Wilson ; hadronization ; effective field theory ; experimental results ; 13000 GeV-cms ; Hadron-Hadron Scattering ; Jet Substructure and Boosted Jets ; Top Physics

Classification:

Note: 105 pages in total, author list starting page 88, 50 figures, 5 tables, published in JHEP. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/TOPQ-2018-11

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2023
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