Observation of top-quark pair production in association with a photon and measurement of the $t\bar{t}\gamma$ production cross section in pp collisions at $\sqrt{s}=7$ TeV using the ATLAS detector
G. Aad
(1)
,
S. Albrand
(2)
,
J. Brown
(2)
,
J. Collot
(2)
,
S. Crépé-Renaudin
(2)
,
B. Dechenaux
(2)
,
P.A. Delsart
(2)
,
C. Gabaldon
(2)
,
M.H. Genest
(2)
,
J.Y. Hostachy
(2)
,
B.T. Le
(2)
,
F. Ledroit-Guillon
(2)
,
A. Lleres
(2)
,
A. Lucotte
(2)
,
F. Malek
(2)
,
C. Monini
(2)
,
J. Stark
(2)
,
B. Trocmé
(2)
,
M. Wu
(2)
,
G. Rahal
(3)
,
S. Abdel Khalek
(4)
,
A. Bassalat
(4)
,
C. Becot
(4)
,
S. Binet
(4)
,
C. Bourdarios
(4)
,
D. Charfeddine
(4)
,
J.B. de Vivie De Regie
(4)
,
L. Duflot
(4)
,
M. Escalier
(4)
,
L. Fayard
(4)
,
D. Fournier
(4)
,
E.L. Gkougkousis
(4)
,
J.-F. Grivaz
(4)
,
T. Guillemin
(4)
,
F. Hariri
(4)
,
S. Henrot-Versillé
(4)
,
J. Hrivnac
(4)
,
L. Iconomidou-Fayard
(4)
,
M. Kado
(4)
,
A. Lounis
(4)
,
N. Makovec
(4)
,
C. Nellist
,
L. Poggioli
(4)
,
P. Puzo
(4)
,
A. Renaud
(4)
,
D. Rousseau
(4)
,
G. Rybkin
(4)
,
A.C. Schaffer
(4)
,
E. Scifo
(4)
,
L. Serin
(4)
,
S. Simion
(4)
,
R. Tanaka
(4)
,
H.L. Tran
(4)
,
D. Zerwas
(4)
,
Zhen Zhang
(4)
,
D. Boumediene
(5)
,
Emmanuel Busato
(5)
,
D. Calvet
(5)
,
S. Calvet
(5)
,
J. Donini
(5)
,
E. Dubreuil
(5)
,
N. Ghodbane
(5)
,
G. Gilles
(5)
,
Ph. Gris
(5)
,
C. Guicheney
(5)
,
H. Liao
(5)
,
D. Pallin
(5)
,
Daniela Paredes Hernández
(5)
,
F. Podlyski
(5)
,
C. Santoni
(5)
,
Timothée Theveneaux-Pelzer
(5)
,
Loïc Valery
(5)
,
F. Vazeille
(5)
,
Z. Barnovska
(6)
,
N. Berger
(6)
,
M. Delmastro
(6)
,
L. Di Ciaccio
(6)
,
T.K.O. Doan
(6)
,
S. Elles
(6)
,
C. Goy
(6)
,
T. Hryn’ova
(6)
,
S. Jézéquel
(6)
,
I. Koletsou
(6)
,
R. Lafaye
(6)
,
J. Leveque
(6)
,
V.P. Lombardo
(6)
,
N. Massol
(6)
,
G. Sauvage
(6)
,
E. Sauvan
(6)
,
O. Simard
(6)
,
T. Todorov
(6)
,
I. Wingerter-Seez
(6)
,
L. Alio
(1)
,
M. Barbero
(1)
,
J. C. Clémens
(1)
,
Y. Coadou
(1)
,
Sara Diglio
(1)
,
F. Djama
(1)
,
L. Feligioni
(1)
,
J. Gao
(1)
,
D. Hoffmann
(1)
,
F. Hubaut
(1)
,
E. B. F. G. Knoops
(1)
,
E. Le Guirriec
(1)
,
B. Li
(1)
,
D. Madaffari
(1)
,
K. Mochizuki
(1)
,
E. Monnier
(1)
,
S. Muanza
(1)
,
Y. Nagai
(1)
,
P. Pralavorio
(1)
,
A. Rozanov
(1)
,
T. Serre
(1)
,
M. Talby
(1)
,
S. Tisserant
(1)
,
J. Toth
(1)
,
F. Touchard
(1)
,
M. Ughetto
(1)
,
L. Vacavant
(1)
,
C. Bertella
(1)
,
E. Tiouchichine
(1)
1
CPPM -
Centre de Physique des Particules de Marseille
2 LPSC - Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie
3 CC-IN2P3 - Centre de Calcul de l'IN2P3
4 LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire
5 LPC - Laboratoire de Physique Corpusculaire - Clermont-Ferrand
6 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
2 LPSC - Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie
3 CC-IN2P3 - Centre de Calcul de l'IN2P3
4 LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire
5 LPC - Laboratoire de Physique Corpusculaire - Clermont-Ferrand
6 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
G. Aad
- Fonction : Auteur
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S. Crépé-Renaudin
- Fonction : Auteur
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M.H. Genest
- Fonction : Auteur
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F. Ledroit-Guillon
- Fonction : Auteur
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F. Malek
- Fonction : Auteur
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B. Trocmé
- Fonction : Auteur
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J.B. de Vivie De Regie
- Fonction : Auteur
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S. Henrot-Versillé
- Fonction : Auteur
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C. Nellist
- Fonction : Auteur
D. Rousseau
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Zhen Zhang
- Fonction : Auteur
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D. Calvet
- Fonction : Auteur
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Daniela Paredes Hernández
- Fonction : Auteur
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Timothée Theveneaux-Pelzer
- Fonction : Auteur
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N. Berger
- Fonction : Auteur
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C. Goy
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T. Hryn’ova
- Fonction : Auteur
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S. Jézéquel
- Fonction : Auteur
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Y. Coadou
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Sara Diglio
- Fonction : Auteur
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Résumé
A search is performed for top-quark pairs ($t\bar{t}$) produced together with a photon ($\gamma$) with transverse momentum $>20$ GeV using a sample of $t\bar{t}$ candidate events in final states with jets, missing transverse momentum, and one isolated electron or muon. The dataset used corresponds to an integrated luminosity of 4.59 fb$^{-1}$ of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV recorded by the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. In total 140 and 222 $t\bar{t}\gamma$ candidate events are observed in the electron and muon channels, to be compared to the expectation of $79\pm 26$ and $120\pm 39$ non-$t\bar{t}\gamma$ background events respectively. The production of $t\bar{t}\gamma$ events is observed with a significance of 5.3 standard deviations away from the null hypothesis. The $t\bar{t}\gamma$ production cross section times the branching ratio (BR) of the single-lepton decay channel is measured in a fiducial kinematic region within the ATLAS acceptance. The measured value is $\sigma_{t\bar{t}\gamma}^{fid} = 63 \pm 8 (stat.) ^{+17}_{-13} (syst.) \pm 1 (lumi.)$ fb per lepton flavor, in good agreement with the leading-order theoretical calculation normalized to the next-to-leading-order theoretical prediction of $48\pm 10$ fb.