Journal Article PUBDB-2025-02193

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Observation of top-quark pair production in lead-lead collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}=5.02$ TeV with the ATLAS detector

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2025
APS College Park, Md.

Physical review letters 134(14), 142301 () [10.1103/PhysRevLett.134.142301]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2024-282; arXiv:2411.10186

Abstract: Top-quark pair production is observed in lead-lead (Pb+Pb) collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}=5.02$ TeV at the Large Hadron Collider with the ATLAS detector. The data sample was recorded in 2015 and 2018, amounting to an integrated luminosity of 1.9 nb$^{-1}$. Events with exactly one electron and one muon and at least two jets are selected. Top-quark pair production is measured with an observed (expected) significance of 5.0 (4.1) standard deviations. The measured top-quark pair production cross-section is $\sigma_{t\bar{t}} = 3.6\;^{+1.0}_{-0.9}\;\mathrm{(stat.)}\;^{+0.8}_{-0.5}\;\mathrm{(syst.)} ~\mathrm{\mu b}$, with a total relative uncertainty of 31%, and is consistent with theoretical predictions using a range of different nuclear parton distribution functions. The observation of this process consolidates the evidence of the existence of all quark flavors in the pre-equilibrium stage of the quark-gluon plasma at very high energy densities, similar to the conditions present in the early universe.

Classification:

Note: 32 pages in total, author list starting page 15, 2 figures, 0 tables, submitted to Phys. Rev. Lett. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HION-2022-10/

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)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2025
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