Measurement of the associated production of a top-antitop-quark pair and a Higgs boson decaying into a $$b\bar{b}$$ pair in pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$ TeV using the ATLAS detector at the LHC
G. Aad, Erlend Aakvaag, B. Abbott, Sara Abdelhameed, K. Abeling, Nils Julius Abicht, S. H. Abidi, Mohammed Aboelela, A. Aboulhorma, H. Abramowicz, H. Abreu, Y. Abulaiti, B. S. Acharya, Anke Ackermann, C. Adam Bourdarios, L. Adamczyk, S. V. Addepalli, M. J. Addison, J. Adelman, A. Adıgüzel, T. Adye, A. A. Affolder, Y. Afik, M. N. Agaras, J. Agarwala, A. Aggarwal, C. Agheorghiesei, F. Ahmadov, W. S. Ahmed, S. Ahuja, X. Ai, G. Aielli, A. Aikot, M. Ait Tamlihat, B. Aitbenchikh, M. Akbiyik, T. P. A. Åkesson, A. V. Akimov, D. Akiyama, Nilima Nilesh Akolkar, S. Aktas, K. Al Khoury, G. L. Alberghi, J. Albert, P. Albicocco, Guillaume Lucas Albouy, S. Alderweireldt, Z. L. Alegria, M. Aleksa, I. N. Aleksandrov, C. Alexa, T. Alexopoulos, F. Alfonsi, M. Algren, M. Alhroob, B. Ali, H. M. J. Ali, S. Ali, Samuel William Alibocus, M. Aliev, G. Alimonti, W. Alkakhi, C. Allaire, B. M. M. Allbrooke, Jonny Allen, Julia Frances Allen, C. Flores, P. P. Allport, A. Aloisio, F. Alonso, C. Alpigiani, Zainab Mohammad K Alsolami, M. Alvarez Estevez, A. Álvarez Fernández, Mario Alves Cardoso, M. G. Alviggi, M. Aly, Y. Amaral Coutinho, A. Ambler, C. Amelung, M. Amerl, C. G. Ames, D. Amidei, Baktash Amini, Kyle Amirie, S. P. Amor Dos Santos, K. R. Amos, Dimitra Amperiadou, S. An, V. Ananiev, C. Anastopoulos, T. Andeen, J. K. Anders, Adam Campbell Anderson, S. Y. Andrean, A. Andreazza, S. Angelidakis, A. Angerami, A. V. Anisenkov, A. Annovi
Abstract
Abstract This paper reports the measurement of Higgs boson production in association with a $$t\bar{t}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> pair in the $$H\rightarrow b\bar{b}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>H</mml:mi> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>b</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> decay channel. The analysis uses 140 fb $$^{-1}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mmultiscripts> </mml:math> of 13 $$\text {TeV}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mtext>TeV</mml:mtext> </mml:math> proton–proton collision data collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The final states with one or two electrons or muons are employed. An excess of events over the expected background is found with an observed (expected) significance of 4.6 (5.4) standard deviations. The $$t\bar{t}H$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> <mml:mi>H</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> cross-section is $$\sigma _{t\bar{t}H} = 411~^{+101}_{-92}~\text {fb} = 411 \pm 54(\text {stat.})~^{+85}_{-75}(\text {syst.})~\text {fb}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> <mml:mi>H</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>411</mml:mn> <mml:mmultiscripts> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>92</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>101</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mmultiscripts> <mml:mspace/> <mml:mtext>fb</mml:mtext> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>411</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>54</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>stat.</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mmultiscripts> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>75</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>85</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mmultiscripts> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mtext>syst.</mml:mtext> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mtext>fb</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> for a Higgs boson mass of 125.09 $$\text {GeV}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mtext>GeV</mml:mtext> </mml:math> , consistent with the prediction of the Standard Model of $$507^{+35}_{-50}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup> <mml:mn>507</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>50</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>35</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> fb. The cross-section is also measured differentially in bins of the Higgs boson transverse momentum within the simplified template cross-section framework.