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Measurement of the top-quark mass using decays with a $J/ψ$ meson at $\sqrt{s}=$13 TeV with the ATLAS detector

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2025

 GO

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Report No.: CERN-EP-2025-249; arXiv:2511.23091

Abstract: The top-quark mass is measured using top-quark decays producing an isolated lepton and $J/ψ$ meson reconstructed in its $μ^+μ^-$ decay mode. The data sample was recorded with the ATLAS detector in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s}=13$ TeV during Run 2 of the Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of 140 fb$^{-1}$. The measurement is based on the invariant mass $m(\ell μ^+μ^-)$ of the system made of the isolated lepton $\ell$ from the $W$ boson decay and the non-isolated $μ^+μ^-$ pair from a $J/ψ$ decay of a $b$-hadron, exploiting its sensitivity to the top-quark mass. An unbinned maximum-likelihood fit to the $m(\ell μ^+μ^-)$ distribution is performed to extract the top-quark mass. The top-quark mass is measured to be $m_{top} = 172.17 \pm 0.80 (stat) \pm 0.81 (syst) \pm 1.07 (recoil)$ GeV, with a total uncertainty of 1.56 GeV. The third uncertainty arises from changing the dipole parton shower gluon-recoil scheme used in top-quark decays.


Note: 50 pages in total, author list starting page 33, 19 figures, 8 tables, submitted to JHEP. All figures including auxiliary figures are available at <http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/TOPQ-2018-19>

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

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