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A measurement of the high-mass $\tau\bar{\tau}$ production cross-section at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ATLAS detector and constraints on new particles and couplings

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-063; arXiv:2503.19836

Abstract: The production cross-section of high-mass $\tau$-lepton pairs is measured as a function of the dilepton visible invariant mass, using 140 fb$^{-1}$ of $\sqrt{s}=13$ TeV proton-proton collision data recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The measurement agrees with the predictions of the Standard Model. A fit to the invariant mass distribution is performed as a function of $b$-jet multiplicity, to constrain the non-resonant production of new particles described by an effective field theory or in models containing leptoquarks or $Z'$ bosons that couple preferentially to third-generation fermions. The constraints on new particles improve on previous results, and the constraints on effective operators include those affecting the anomalous magnetic moment of the $\tau$-lepton.


Note: 50 pages in total, author list starting page 33, 12 figures, 2 tables, submitted to JHEP. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/EXOT-2022-42/

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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