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Measurements on top-antitop production at ATLAS

New measurements of the differential cross-section of top-quark pair production using data collected by ATLAS experiment have been published recently on two papers. The results of these analyses will be used to improve the modeling of the system and as new constraints in the determination of parton distribution functions.
Measurement of top pair production differential cross section with respect to hadronic top transverse momentum compared with theoretical predictions.

DIFA & INFN Authors: G.L. Alberghi, L. Bellagamba, S. Biondi, D. Boscherini, A. Bruni, G. Bruni, M. Bruschi, M. Corradi, S. De Castro, F. Fabbri, L. Fabbri, M. Franchini, A. Gabrielli, B. Giacobbe, F.M. Giorgi, P. Grafström, F Lasagni Manghi, I. Massa, L. Massa, A. Mengarelli, M. Negrini, M. Piccinini, A. Polini, L. Rinaldi, M. Romano, C. Sbarra, A. Sbrizzi, N. Semprini-Cesari, A. Sidoti, M. Sioli, R. Spighi, S.A. Tupputi, S. Valentinetti, M. Villa, A. Zoccoli.

Publications: ATLAS collaboration, Phys. Rev. D 93, 032009, (DOI:10.1103/PhysRevD.93.032009) and arXiv:1511.04716

Web: https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasPublic/TopPublicResults

 

The large number of top–antitop quark (tt) pairs produced at the LHC provide the opportunity to perform detailed studies of  production and test the Standard Model (SM). The top quark is the heaviest fundamental particle known today, so it has the largest coupling with the Higgs boson and a crucial role in many new physics model. The precise measurement of the  production cross section could reveal presence of new phenomena in the comparison with Standard Model predictions. A better understanding of the production of top quarks will also provide new constraint to the functions describing the energy distribution inside the proton (PDF), used in all the analyses performed in proton colliders.

Two articles have been published from the ATLAS collaboration on the measurement of the  production differential cross section using data collected in proton-proton collisions at a center of mass energy of √s=8 TeV in the semileptonic channel. The analyses performed aimed to reach the higher precision and efficiency along all the quark transverse momentum spectrum, consequently two different approach have been used to identify and reconstruct the top quarks, depending on the momentum. These new techniques allowed to measure for the first time the top spectrum in the TeV region.

The measured cross section has been compared with several theoretical predictions and the results are in fair agreement with the expectations. Nevertheless, many generators predict a harder top-quark transverse momentum distribution at high pT values than observed data. The agreement for this observable improves when latest theoretical predictions with higher precision (next-to-next-to-leading order) are taken into account.

The Department of Physics and Astronomy (DIFA) in the last years had a leading role in the study of top quark and the two analyses presented have been the latest result on top cross-section performed from Bologna group.

Misure di produzione di coppie top-antitop ad ATLAS

Sono disponibili e pubblicate due nuove misure sulla sezione d'urto differenziale di produzione delle coppie di quark a massa più alta, top-antitop (  effettuate dalla collaborazione ATLAS. I risultati delle analisi saranno utilizzati per migliorare le previsioni teoriche sulle proprietà del sistema e per affinare la conoscenza della struttura del protone.

L'elevata statistica di eventi tt raccolta ad LHC permette di effettuare misure di precisione sulla probabilità di produzione di coppie   e verificare le predizioni del Modello Standard (MS). Il quark top è la particella fondamentale più massiva scoperta fino ad ora e, conseguentemente, è la particella con un maggiore accoppiamento al bosone di Higgs; ricopre un ruolo fondamentale in molti modelli di nuova fisica. La misura precisa dello spettro del top quark permette di identificare la presenza di nuovi fenomeni dal confronto tra le misure e le distribuzioni previste dal modello standard. Una maggiore comprensione della produzione di coppie   permetterà anche di migliorare la conoscenza delle funzioni che descrivono la distribuzione di impulso all'interno del protone (PDF), utilizzate in tutte le analisi effettuate su dati provenienti da collisioni di protoni.

Due recenti articoli della collaborazione ATLAS riportano la misura della sezione d'urto differenziale di produzione di coppie   effettuata su dati raccolti in collisioni protone-protone con un'energia nel centro di massa di √s=8 TeV nel canale semileptonico. Le tecniche utilizzate hanno permesso di raggiungere un'elevata efficienza e precisione lungo tutto lo spettro di impulso trasverso del top. Per raggiungere questo scopo, sono stati usati differenti metodi di identificazione e ricostruzione per diverse regioni di impulso trasverso. Questo approccio combinato ha permesso di raggiungere, per la prima volta, la regione del TeV nella misura dello spettro.

La sezione d'urto misurata è stata confrontata con molte previsioni e l'accordo tra le attese e i dati sperimentali risulta buono su una grande parte dello spettro. La maggior parte dei generatori utilizzati, comunque, prevede una sezione d'urto superiore a quella osservata ad alti valori di impulso trasverso. L'accordo per questa variabile aumenta utilizzando i più recenti e accurati calcoli teorici disponibili (next-to-next-to-leading order).

Il dipartimento di fisica e astronomia (DIFA) negli ultimi anni ha avuto un ruolo di rilievo nello studio del quark top e queste due analisi rappresentano l'ultimo risultato, in ordine di tempo, ottenuto a Bologna sulla produzione del quark top.