Cross-section measurement of tt̄γ production in pp collisions at √s = 8 and 13 TeV with the ATLAS experiment

Abstract

The cross-section measurement of top-quark pair production in association with a photon (tt̄γ) probes the electromagnetic coupling of the top quark. The inclusive and differential fiducial cross sections of tt̄γ are measured with the data collected by the ATLAS detector from proton-proton collisions at the Large Hadron Collider, at the centre-of-mass energy of √s = 8 TeV, with a corresponding integrated luminosity of 20.2 fb−1, and at the centre-of-mass energy of √s = 13 TeV, with a corresponding integrated luminosity of 36.1 fb−1. The measurements are performed in the single-lepton final state. Signal events in the √s = 8 (13) TeV measurement are selected by requiring one photon with a transverse momentum of pT > 15 (20) GeV, one isolated electron or muon, and at least four jets where at least one of them is originated from a b-quark. The fiducial region is defined to be close to the selection requirements. The inclusive cross-sections in √s = 8 and 13 TeV are measured to be 139 ± 7 (stat.) ± 17 (syst.) fb and 521 ± 9 (stat.) ± 41 (sys.) fb, respectively, in agreement with the corresponding next-to-leading-order theoretical predictions of 151 ± 24 fb and 495 ± 99 fb. The differential cross-sections are measured as a function of transverse momentum and absolute pseudorapidity of the photon, in both √s = 8 and 13 TeV data-sets, and as a function of the angular distance between the photon and the lepton in the √s = 13 TeV data-set. All differential measurements are in agreement with the theoretical predictions at next-to-leading-order accuracy.

Durch die Messung des Wirkungsquerschnitts eines Top-Quark-Paares in Verbindung mit einem Photon (tt̄γ) kann die elektromagnetische Kopplung eines Top-Quarks erforscht werden. Die Messung des inklusiven und diffrerenziellen Fiduzialquerschnitts wird anhand von Daten, die durch eine Proton-Proton-Kollision produziert und im ATLAS-Detektor erhoben werden durchgeführt. Die Massenschwerpunktenergie beträgt √s = 8 TeV mit einer integrierten Luminosität von 20.2 fb−1 beziehungsweise √s = 13 TeV mit einer integrierten Luminosität von 36.1 fb−1. Die Messungen wurden im Single-Lepton Final-State durchgeführt. Die Signalereignisse in den √s = 8 (13) TeV Messungen wurden so selektiert, dass ein Photon mit einer Querdynamik (transverse momentum) von pT > 15 (20) GeV, ein isoliertes Elektron oder Muon und mindestens vier Jets vorhanden sind. Mindestens einer dieser Jets muss von einem b-quark entstanden sein. Die Fiduzialregion ist durch die Selektionsanforderungen definiert. Der inklusive Wirkungsquerschnitt wurde bei der √s = 8 und der 13 TeV Messungen mit 139 ± 7 (stat.) ± 17 (syst.) fb beziehungsweise 521 ± 9 (stat.) ± 41 sys.) fb gemessen. Die gemessenen Werte sind in guter Übereinstimmung mit theoretischen Vorhersagen von 151 ± 24 fb beziehungsweise 495 ± 99 fb. Die differenziellen Wirkungsquerschnitte werden in beiden Messungen (√s = 8 und 13 TeV) als Funktion des Transversalimpulses beziehungsweise der absoluten Pseudorapidität des Photons und für √s = 13 TeV zusätzlich als die Funktion des Abstands zwischen dem Photon und dem Lepton gemessen. Die Messungen sind in guter Übereinstimmung mit theoretischen Vorhersagen mit einer Genauigkeit in der nächsthöheren Reihenfolge.