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Search for top-philic heavy resonances in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ATLAS detector

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2023

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Report No.: CERN-EP-2023-048; arXiv:2304.01678

Abstract: A search for associated production of a heavy $Z'$ boson with a top-quark or a top-antitop-quark pair, and decaying into a $t\bar{t}$ pair is presented. The search uses the data recorded by the ATLAS detector in $pp$ collisions at $\sqrt{s}= 13$ TeV at the Large Hadron Collider during the years 2015-2018, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$. Events containing exactly one electron or muon are selected. The two top quarks from the resonance decay are reconstructed using jets clustered with a large radius parameter of $R=1$. The invariant mass spectrum of the two top quark candidates is used to search for a resonance signal in the range of 1.0 TeV to 3.2 TeV. The presence of a signal is examined using an approach with minimal model dependence followed by a model-dependent interpretation. No significant excess is observed over the background expectation. Upper limits on the production cross section times branching ratio at 95% confidence level are provided as a function of $Z^\prime$ mass between 1.0 TeV and 3.0 TeV, based on a simplified $Z^\prime$ production model. The observed (expected) limits range from 21 (14) fb to 119 (86) fb depending on the choice of model parameters.

Keyword(s): p p: scattering ; p p: colliding beams ; top: pair production ; top: single production ; Z': associated production ; resonance: production ; model: production ; resonance: decay ; resonance: heavy ; model: minimal ; ATLAS ; final state: ((n)jet lepton) ; muon ; channel cross section: branching ratio: upper limit ; mass dependence ; Z': mass ; electron ; mass spectrum: (2top) ; CERN LHC Coll ; background ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: 47 pages in total, author list starting page 30, 9 figures, 1 table, submitted to EPJC. All figures including auxiliary figures will be available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/EXOT-2022-14/

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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Search for top-philic heavy resonances in pp collisions at $\sqrt{s}=13$ $\text {TeV}$ with the ATLAS detector
The European physical journal / C 84(2), 157 () [10.1140/epjc/s10052-023-12318-9]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS


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