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Journal Article PUBDB-2025-04045
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Observation of a pseudoscalar excess at the top quark pair production threshold

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2025
IOP Publ. Bristol

Reports on progress in physics 88(8), 087801 - () [10.1088/1361-6633/adf7d3]
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Report No.: CERN-EP-2025-061; CMS-TOP-24-007; arXiv:2503.22382

Abstract: A search for resonances in top quark pair ($\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}$) production in final states with two charged leptons and multiple jets is presented, based on proton–proton collision data collected by the CMS experiment at the CERN LHC at $\sqrt{s} = 13\,\textrm{TeV}$, corresponding to 138 fb$^{−1}$. The analysis explores the invariant mass of the $\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}$ system and two angular observables that provide direct access to the correlation of top quark and antiquark spins. A significant excess of events is observed near the kinematic $\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}$ threshold compared to the non-resonant production predicted by fixed-order perturbative quantum chromodynamics (pQCD). The observed enhancement is consistent with the production of a color-singlet pseudoscalar (${}^1\mathrm{S}_0^{[1]}$) quasi-bound toponium state, as predicted by non-relativistic quantum chromodynamics. Using a simplified model for ${}^1\mathrm{S}_0^{[1]}$ toponium, the cross section of the excess above the pQCD prediction is measured to be $8.8\,^{+1.2}_{-1.4}\,\textrm{pb}$.

Keyword(s): CMS ; top ; pseudoscalar ; scalar ; toponium

Classification:
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  3. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS
Database coverage:
Medline ; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; Ebsco Academic Search ; Essential Science Indicators ; IF >= 15 ; JCR ; National-Konsortium ; SCOPUS ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection
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