Search for same-charge top-quark pair production in proton–proton collisions with the ATLAS detector
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Date
2025
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Abstract
In this thesis, the search for same-charge top-quark pair production within the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT) is presented. The analysis is performed within the ATLAS Collaboration using the proton-proton collision data collected with the ATLAS detector during Run 2 at the Large Hadron Collider. The data correspond to an integrated luminosity of 140 inverse fb at a center-of-mass energy of 13 TeV. Same-charge top-quark pair production, which is strongly suppressed in the Standard Model, provides a rare and sensitive probe for potential physics beyond the Standard Model. Three SMEFT operators that can lead to the production of same-charge top-quark pairs are considered in this search, namely Otu1, Oqu1, and Oqu8. The search is performed in the dilepton final state. Deep neural networks are employed to create regions sensitive to the different SMEFT operators and to separate signal from background. A profile likelihood is performed across all analysis regions to extract the signal strength. The fit results show good agreement with Standard Model predictions, with no significant deviations observed. Observed upper limits are set on the Wilson coefficients of the SMEFT operators at the 95 percent confidence level (CL) of ctu1 < 0.0068, cQu1 < 0.020 and cQu8 < 0.041. This corresponds to an observed limit on the cross-section for the same-charge top-quark pair production of 1.6 fb at 95 percent CL. This analysis provides the most stringent constraints to date on these SMEFT operators, improving upon previous limits by a factor of approximately 10.
In dieser Arbeit wird die Suche nach der Produktion von Top-Quark-Paaren gleicher Ladung im Rahmen der Standardmodell-Effektiven-Feldtheorie (SMEFT) vorgestellt. Die Analyse wurde innerhalb der ATLAS-Kollaboration durchgeführt, wobei Proton-Proton-Kollisionsdaten verwendet werden, die während des Run 2 des Large Hadron Colliders mit dem ATLAS-Detektor aufgezeichnet wurden. Die Daten entsprechen einer integrierten Luminosität von 140 inversen fb bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV. Die Produktion gleich geladener Top-Quark-Paare ist im Standardmodell stark unterdrückt. Daher bietet diese Suche eine seltene und zugleich sensitive Methode, nach Physik jenseits des Standardmodells zu suchen. In dieser Analyse werden drei SMEFT-Operatoren berücksichtigt, die zur Produktion gleich geladener Top-Quark-Paare beitragen können, namentlich Otu1, Oqu1, und Oqu8. Die Suche erfolgt im Dilepton-Endzustand. Tiefe neuronale Netze werden eingesetzt, um Regionen zu definieren, die empfindlich auf die verschiedenen SMEFT-Operatoren reagieren, und um eine Signal-Untergrund-Trennung durchzuführen. Eine Profil-Likelihood-Analyse wird über alle Analyseregionen durchgeführt, um die Stärke des Signals zu extrahieren. Die Ergebnisse der Analyse stimmen gut mit den Vorhersagen des Standardmodells überein, ohne dass signifikante Abweichungen beobachtet wurden. Beobachtete obere Grenzen werden für die Wilson-Koeffizienten der SMEFT-Operatoren auf einem Konfidenzniveau von 95 Prozent gesetzt: ctu1 < 0.0068, cQu1 < 0.020 und cQu8 < 0.041. Dies entspricht einer beobachteten oberen Grenze für den Wirkungsquerschnitt der Produktion gleich geladenen Top-Quark-Paaren von 1.6 fb bei einem Konfidenzniveau von 95 Prozent. Diese Analyse liefert die bisher strengsten Grenzen für diese SMEFT-Operatoren und verbessert frühere Grenzen um einen Faktor von etwa 10.
In dieser Arbeit wird die Suche nach der Produktion von Top-Quark-Paaren gleicher Ladung im Rahmen der Standardmodell-Effektiven-Feldtheorie (SMEFT) vorgestellt. Die Analyse wurde innerhalb der ATLAS-Kollaboration durchgeführt, wobei Proton-Proton-Kollisionsdaten verwendet werden, die während des Run 2 des Large Hadron Colliders mit dem ATLAS-Detektor aufgezeichnet wurden. Die Daten entsprechen einer integrierten Luminosität von 140 inversen fb bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV. Die Produktion gleich geladener Top-Quark-Paare ist im Standardmodell stark unterdrückt. Daher bietet diese Suche eine seltene und zugleich sensitive Methode, nach Physik jenseits des Standardmodells zu suchen. In dieser Analyse werden drei SMEFT-Operatoren berücksichtigt, die zur Produktion gleich geladener Top-Quark-Paare beitragen können, namentlich Otu1, Oqu1, und Oqu8. Die Suche erfolgt im Dilepton-Endzustand. Tiefe neuronale Netze werden eingesetzt, um Regionen zu definieren, die empfindlich auf die verschiedenen SMEFT-Operatoren reagieren, und um eine Signal-Untergrund-Trennung durchzuführen. Eine Profil-Likelihood-Analyse wird über alle Analyseregionen durchgeführt, um die Stärke des Signals zu extrahieren. Die Ergebnisse der Analyse stimmen gut mit den Vorhersagen des Standardmodells überein, ohne dass signifikante Abweichungen beobachtet wurden. Beobachtete obere Grenzen werden für die Wilson-Koeffizienten der SMEFT-Operatoren auf einem Konfidenzniveau von 95 Prozent gesetzt: ctu1 < 0.0068, cQu1 < 0.020 und cQu8 < 0.041. Dies entspricht einer beobachteten oberen Grenze für den Wirkungsquerschnitt der Produktion gleich geladenen Top-Quark-Paaren von 1.6 fb bei einem Konfidenzniveau von 95 Prozent. Diese Analyse liefert die bisher strengsten Grenzen für diese SMEFT-Operatoren und verbessert frühere Grenzen um einen Faktor von etwa 10.
Description
Table of contents
Keywords
Top-quark, SMEFT, BSM
Subjects based on RSWK
t-Quark, Standardmodell (Elementarteilchenphysik)