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Measurement of the top-quark pole mass in dileptonic $t\bar{t}+ 1\text{-jet}$ events at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ATLAS experiment

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-135; arXiv:2507.02632

Abstract: A measurement of the top-quark pole mass $m_{t}^\text{pole}$ is presented in $t\bar{t}$ events with an additional jet, $t\bar{t}+1\text{-jet}$, produced in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV. The data sample, recorded with the ATLAS experiment during Run 2 of the LHC, corresponds to an integrated luminosity of 140 $\text{fb}^{-1}$. Events with one electron and one muon of opposite electric charge in the final state are selected to measure the $t\bar{t}+1\text{-jet}$ differential cross-section as a function of the inverse of the invariant mass of the $t\bar{t}+1\text{-jet}$ system. Iterative Bayesian Unfolding is used to correct the data to enable comparison with fixed-order calculations at next-to-leading-order accuracy in the strong coupling. The process $pp \to t\bar{t}j$ ($2 \rightarrow 3$), where top quarks are taken as stable particles, and the process $pp \to b\bar{b}l^+νl^- \barν j$ ($2 \to 7$), which includes top-quark decays to the dilepton final state and off-shell effects, are considered. The top-quark mass is extracted using a $χ^2$ fit of the unfolded normalized differential cross-section distribution. The results obtained with the $2 \to 3$ and $2 \to 7$ calculations are compatible within theoretical uncertainties, providing an important consistency check. The more precise determination is obtained for the $2 \to 3 $ measurement: $m_{t}^\text{pole}=170.7\pm0.3(\text{stat.})\pm1.4(\text{syst.})\pm 0.3(\text{scale})\pm 0.2(\text{PDF}\oplusα_\text{S})$ GeV, which is in good agreement with other top-quark mass results.


Note: All figures including auxiliary figures are available at http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/TOPQ-2018-23

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)396021762 - TRR 257: Phänomenologische Elementarteilchenphysik nach der Higgs-Entdeckung (396021762) (396021762)
  3. 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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