A search for pair production of up-type vector-like quarks ($T$) with a significant branching ratio into a top quark and either a Standard Model Higgs boson or a $Z$ boson is presented. The same analysis is also used to search for four-top-quark production in several new physics scenarios. The search is based on a dataset of $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV recorded in 2015 and 2016 with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider and corresponds to an integrated luminosity of 36.1 fb$^{-1}$. Data are analysed in the lepton+jets final state, characterised by an isolated electron or muon with high transverse momentum, large missing transverse momentum and multiple jets, as well as the jets+$E_{T}^{miss}$ final state, characterised by multiple jets and large missing transverse momentum. The search exploits the high multiplicity of jets identified as originating from $b$-quarks, and the presence of boosted, hadronically decaying top quarks and Higgs bosons reconstructed as large-radius jets, characteristic of signal events. No significant excess above the Standard Model expectation is observed, and 95% CL upper limits are set on the production cross sections for the different signal processes considered. These cross-section limits are used to derive lower limits on the mass of a vector-like $T$ quark under several branching ratio hypotheses assuming contributions from $T \rightarrow Wb$, $Zt$, $Ht$ decays. The 95% CL observed lower limits on the $T$ quark mass range between 0.99 TeV and 1.43 TeV for all possible values of the branching ratios into the three decay modes considered, significantly extending the reach beyond that of previous searches. Additionally, upper limits on anomalous four-top-quark production are set in the context of an effective field theory model, as well as in an universal extra dimensions model.

The first evidence for the Higgs boson decay to a Z boson and a photon is presented, with a statistical significance of 3.4 standard deviations. The result is derived from a combined analysis of the searches performed by the ATLAS and CMS Collaborations with proton-proton collision datasets collected at the CERN Large Hadron Collider (LHC) from 2015 to 2018. These correspond to integrated luminosities of around 140 fb^{-1} for each experiment, at a center-of-mass energy of 13 TeV. The measured signal yield is 2.2±0.7 times the standard model prediction, and agrees with the theoretical expectation within 1.9 standard deviations.

Higgsinos with masses near the electroweak scale can solve the hierarchy problem and provide a dark matter candidate, while detecting them at the LHC remains challenging if their mass splitting is O(1  GeV). This Letter presents a novel search for nearly mass-degenerate Higgsinos in events with an energetic jet, missing transverse momentum, and a low-momentum track with a significant transverse impact parameter using 140  fb−1 of proton-proton collision data at s=13  TeV collected by the ATLAS experiment. For the first time since LEP, a range of mass splittings between the lightest charged and neutral Higgsinos from 0.3 to 0.9 GeV is excluded at 95% confidence level, with a maximum reach of approximately 170 GeV in the Higgsino mass. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration 2024 CERN

This paper presents a search for pair production of higgsinos, the supersymmetric partners of the Higgs bosons, in scenarios with gauge-mediated supersymmetry breaking. Each higgsino is assumed to decay into a Higgs boson and a nearly massless gravitino. The search targets events where each Higgs boson decays into bb¯, leading to a reconstructed final state with at least three energetic b-jets and missing transverse momentum. Two complementary analysis channels are used, with each channel specifically targeting either low or high values of the higgsino mass. The low-mass (high-mass) channel exploits 126 (139)  fb−1 of s=13  TeV data collected by the ATLAS detector during Run 2 of the Large Hadron Collider. No significant excess above the Standard Model prediction is found. At 95% confidence level, masses between 130 GeV and 940 GeV are excluded for higgsinos decaying exclusively into Higgs bosons and gravitinos. Exclusion limits as a function of the higgsino decay branching ratio to a Higgs boson are also reported. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration 2024 CERN

Measurements of the substructure of top-quark jets are presented, using 140  fb−1 of 13 TeV pp collision data recorded with the ATLAS detector at the LHC. Top-quark jets reconstructed with the anti-kt algorithm with a radius parameter R=1.0 are selected in top-quark pair (tt¯) events where one top quark decays semileptonically and the other hadronically, or where both top quarks decay hadronically. The top-quark jets are required to have transverse momentum pT>350  GeV, yielding large samples of data events with jet pT values between 350 and 600 GeV. One- and two-dimensional differential cross sections for eight substructure variables, defined using only the charged components of the jets, are measured in a particle-level phase space by correcting for the smearing and acceptance effects induced by the detector. The differential cross sections are compared with the predictions of several Monte Carlo simulations in which top-quark pair-production quantum chromodynamic matrix-element calculations at next-to-leading-order precision in the strong coupling constant αS are passed to leading-order parton shower and hadronization generators. The Monte Carlo predictions for measures of the broadness, and also the two-body structure, of the top-quark jets are found to be in good agreement with the measurements, while variables sensitive to the three-body structure of the top-quark jets exhibit some tension with the measured distributions. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration 2024 CERN

Abstract The ATLAS trigger system is a crucial component of the ATLAS experiment at the LHC. It is responsible for selecting events in line with the ATLAS physics programme. This paper presents an overview of the changes to the trigger and data acquisition system during the second long shutdown of the LHC, and shows the performance of the trigger system and its components in the proton-proton collisions during the 2022 commissioning period as well as its expected performance in proton-proton and heavy-ion collisions for the remainder of the third LHC data-taking period (2022–2025).

A combination of fifteen top quark mass measurements performed by the ATLAS and CMS experiments at the LHC is presented. The datasets used correspond to an integrated luminosity of up to 5 and 20  fb−1 of proton-proton collisions at center-of-mass energies of 7 and 8 TeV, respectively. The combination includes measurements in top quark pair events that exploit both the semileptonic and hadronic decays of the top quark, and a measurement using events enriched in single top quark production via the electroweak t channel. The combination accounts for the correlations between measurements and achieves an improvement in the total uncertainty of 31% relative to the most precise input measurement. The result is mt=172.52±0.14(stat)±0.30(syst)  GeV, with a total uncertainty of 0.33 GeV. © 2024 CERN, for the CMS and ATLASs Collaboration 2024 CERN

A search for the nonresonant production of Higgs boson pairs in the HH→bb¯τ+τ− channel is performed using 140  fb−1 of proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV recorded by the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. The analysis strategy is optimized to probe anomalous values of the Higgs boson self-coupling modifier κλ and of the quartic HHVV (V=W,Z) coupling modifier κ2V. No significant excess above the expected background from Standard Model processes is observed. An observed (expected) upper limit μHH<5.9(3.3) is set at 95% confidence-level on the Higgs boson pair production cross section normalized to its Standard Model prediction. The coupling modifiers are constrained to an observed (expected) 95% confidence interval of −3.1<κλ<9.0 (−2.5<κλ<9.3) and −0.5<κ2V<2.7 (−0.2<κ2V<2.4), assuming all other Higgs boson couplings are fixed to the Standard Model prediction. The results are also interpreted in the context of effective field theories via constraints on anomalous Higgs boson couplings and Higgs boson pair production cross sections assuming different kinematic benchmark scenarios. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration 2024 CERN