Measurement of the $$t\bar{t}$$ production cross-section and lepton differential distributions in $$e\mu $$ dilepton events from pp collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$ with the ATLAS detector
G. Aad, B. Abbott, D. C. Abbott, A. Abed Abud, K. Abeling, D. K. Abhayasinghe, S. H. Abidi, O. S. AbouZeid, N. L. Abraham, H. Abramowicz, H. Abreu, Y. Abulaiti, B. S. Acharya, B. Achkar, S. Adachi, L. Adámek, C. Adam Bourdarios, L. Adamczyk, L. Adámek, J. Adelman, M. Adersberger, A. Adıgüzel, S. Adorni, T. Adye, A. A. Affolder, Y. Afik, C. Agapopoulou, M. N. Agaras, A. Aggarwal, C. Agheorghiesei, J. A. Aguilar–Saavedra, F. Ahmadov, W. S. Ahmed, X. Ai, G. Aielli, S. Akatsuka, T. P. A. Åkesson, E. Akilli, A. V. Akimov, K. Al Khoury, G. L. Alberghi, J. Albert, M. J. Alconada Verzini, S. Alderweireldt, M. Aleksa, I. N. Aleksandrov, C. Alexa, T. Alexopoulos, A. Alfonsi, F. Alfonsi, M. Alhroob, B. Ali, M. Aliev, G. Alimonti, S. P. Alkire, C. Allaire, B. M. M. Allbrooke, B. W. Allen, P. P. Allport, A. Aloisio, A. Alonso, F. Alonso, C. Alpigiani, A. A. Alshehri, M. Alvarez Estevez, D. Álvarez Piqueras, M. G. Alviggi, Y. Amaral Coutinho, A. Ambler, L. Ambroz, Christoph Amelung, D. Amidei, S. P. Amor Dos Santos, S. Amoroso, Cherifa Sabrina Amrouche, F. F. An, C. Anastopoulos, N. Andari, T. Andeen, C. F. Anders, J. K. Anders, A. Andreazza, V. Andrei, C. R. Anelli, S. Angelidakis, A. Angerami, A. V. Anisenkov, A. Annovi, C. Antel, M. T. Anthony, E. Antipov, M. Antonelli, D. J. A. Antrim, F. Anulli, M. Aoki, J. A. Aparisi Pozo, L. Aperio Bella, J. P. Araque, V. Araujo Ferraz, R. Araujo Pereira
Abstract
Abstract The inclusive top quark pair ( $$t\bar{t}$$ <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> ) production cross-section $$\sigma _{t\bar{t}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <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:mrow> </mml:msub> </mml:math> has been measured in proton–proton collisions at $$\sqrt{s}=13\,\text {TeV}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msqrt> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:msqrt> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>13</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mtext>TeV</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> , using 36.1 fb $$^{-1}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> of data collected in 2015–2016 by the ATLAS experiment at the LHC. Using events with an opposite-charge $$e\mu $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> pair and b -tagged jets, the cross-section is measured to be: $$\begin{aligned} \sigma _{t\bar{t}} = 826.4 \pm 3.6\,\mathrm {(stat)}\ \pm 11.5\,\mathrm {(syst)}\ \pm 15.7\,\mathrm {(lumi)}\ \pm 1.9\,\mathrm {(beam)}\,\mathrm {pb}, \end{aligned}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mtable> <mml:mtr> <mml:mtd> <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:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>826.4</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>3.6</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>stat</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>11.5</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>syst</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>15.7</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>lumi</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>1.9</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>beam</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mi>pb</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:mrow> </mml:math> where the uncertainties reflect the limited size of the data sample, experimental and theoretical systematic effects, the integrated luminosity, and the LHC beam energy, giving a total uncertainty of 2.4%. The result is consistent with theoretical QCD calculations at next-to-next-to-leading order. It is used to determine the top quark pole mass via the dependence of the predicted cross-section on $$m_t^{\mathrm{pole}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msubsup> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>pole</mml:mi> </mml:msubsup> </mml:math> , giving $$m_t^{\mathrm{pole}}=173.1^{+2.0}_{-2.1}\,\text {GeV}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mi>pole</mml:mi> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>173</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>2.1</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>2.0</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace/> <mml:mtext>GeV</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> . It is also combined with measurements at $$\sqrt{s}=7\,\text {TeV}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msqrt> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:msqrt> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>7</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mtext>TeV</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> and $$\sqrt{s}=8\,\text {TeV}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msqrt> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:msqrt> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>8</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mtext>TeV</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> to derive ratios and double ratios of $$t\bar{t}$$ <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> and Z cross-sections at different energies. The same