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Studies of the energy dependence of diboson polarization fractions and the Radiation Amplitude Zero effect in WZ production with the ATLAS detector

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2024

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Report No.: CERN-EP-2024-045; arXiv:2402.16365

Abstract: This Letter presents the first study of the energy-dependence of diboson polarization fractions in $WZ \rightarrow \ell\nu \ell'\ell'~(\ell, \ell'=e, \mu)$ production. The data set used corresponds to an integrated luminosity of 140 fb$^{-1}$ of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded by the ATLAS detector. Two fiducial regions with an enhanced presence of events featuring two longitudinally-polarized bosons are defined. A non-zero fraction of events with two longitudinally-polarized bosons is measured with an observed significance of 5.3 standard deviations in the region with $100<p_T^Z\leq200$ GeV and 1.6 standard deviations in the region with p$_T$$^Z$>200 GeV, where $p_T^Z$ is the transverse momentum of the $Z$ boson. This Letter also reports the first study of the Radiation Amplitude Zero effect. Events with two transversely-polarized bosons are analyzed for the $\Delta Y(\ell_W Z)$ and $\Delta Y(WZ)$ distributions defined respectively as the rapidity difference between the lepton from the $W$ boson decay and the $Z$ boson and the rapidity difference between the $W$ boson and the $Z$ boson. Significant suppression of events near zero is observed in both distributions. Unfolded $\Delta Y(\ell_W Z)$ and $\Delta Y(WZ)$ distributions are also measured and compared to theoretical predictions.

Keyword(s): rapidity, difference ; p p, scattering ; boson, decay ; polarization ; GeV ; ATLAS ; energy dependence ; transverse momentum ; lepton ; suppression ; TeV


Note: Comment: 32 pages in total, author list starting page 15, 3 figures, 2 tables, submitted to Phys. Rev. Lett. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/STDM-2020-01/

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 2024
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