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Measurement of double-differential charged-current Drell-Yan cross-sections at high transverse masses in $pp$ collisions at $\sqrt{s} =$ 13 TeV with the ATLAS detector

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-032; arXiv:2502.21088

Abstract: This paper presents a first measurement of the cross-section for the charged-current Drell-Yan process $pp\rightarrow W^{\pm} \rightarrow \ell^{\pm} \nu$ above the resonance region, where $\ell$ is an electron or muon. The measurement is performed for transverse masses, $m_{\text{T}}^{\text{W}}$, between 200 GeV and 5000 GeV, using a sample of 140~fb$^{-1}$ of $pp$ collision data at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s}$ = 13 TeV collected by the ATLAS detector at the LHC during 2015-2018. The data are presented single differentially in transverse mass and double differentially in transverse mass and absolute lepton pseudorapidity. A test of lepton flavour universality shows no significant deviations from the Standard Model. The electron and muon channel measurements are combined to achieve a total experimental precision of 3% at low $m_{\text{T}}^{\text{W}}$. The single- and double differential $W$-boson charge asymmetries are evaluated from the measurements. A comparison to next-to-next-to-leading-order perturbative QCD predictions using several recent parton distribution functions and including next-to-leading-order electroweak effects indicates the potential of the data to constrain parton distribution functions. The data are also used to constrain four fermion operators in the Standard Model Effective Field Theory formalism, in particular the lepton-quark operator Wilson coefficient $c_{\ell q}^{(3)}.$


Note: 64 pages in total, author list starting page 47, 21 figures, 3 tables, submitted to JHEP. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/STDM-2018-41

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project G:(GEPRIS)469666862 - Präzisionstests des Standardmodells unter der Verwendung von geboosteten W/Z-Bosonen am Large Hadron Collider (469666862) (469666862)
  3. REALDARK - REAL-time discovery strategies for DARK matter and dark sector signals at the ATLAS detector with Run-3 LHC data (101002463) (101002463)
  4. DITTO - Comprehensive search for new phenomena in the dilepton spectrum at the LHC (101089007) (101089007)
  5. BARD - B-resonance Algorithm using Rare Decays (101116429) (101116429)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2025
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