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Evidence of pair production of longitudinally polarised vector bosons and study of CP properties in $ZZ \to 4\ell$ events with the ATLAS detector at $\sqrt{s} = 13$ TeV

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2023

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Report No.: CERN-EP-2023-199; arXiv:2310.04350

Abstract: A study of the polarisation and CP properties in $ZZ$ production is presented. The used data set corresponds to an integrated luminosity of 140 fb$^{-1}$ of proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $13$ TeV recorded by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The $ZZ$ candidate events are reconstructed using two same-flavour opposite-charge electron or muon pairs. The production of two longitudinally polarised $Z$ bosons is measured with a significance of 4.3 standard deviations, and its cross-section is measured in a fiducial phase space to be $2.45 \pm 0.60$ fb, consistent with the next-to-leading-order Standard Model prediction. The inclusive differential cross-section as a function of a CP-sensitive angular observable is also measured. The results are used to constrain anomalous CP-odd neutral triple gauge couplings.

Keyword(s): p p: colliding beams ; Z0: pair production ; Z0: leptonic decay ; higher-order: 1 ; coupling: gauge ; coupling: (3gauge boson) ; coupling: anomaly ; channel cross section: measured ; muon: pair production ; p p: scattering ; ATLAS ; polarization: longitudinal ; phase space ; electron: pair production ; Z0: polarization ; CERN LHC Coll ; vector boson: pair production ; differential cross section: measured ; angular dependence ; experimental results ; 13000 GeV-cms


Note: Comments: 47 pages in total, author list starting page 29, 8 figures, 2 tables, submitted to JHEP. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/STDM-2021-05/

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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