The simulation software for the ATLAS Experiment at the Large Hadron Collider is being used for large-scale production of events on the LHC Computing Grid. This simulation requires many components, from the generators that simulate particle collisions, through packages simulating the response of the various detectors and triggers. All of these components come together under the ATLAS simulation infrastructure. In this paper, that infrastructure is discussed, including that supporting the detector description, interfacing the event generation, and combining the GEANT4 simulation of the response of the individual detectors. Also described are the tools allowing the software validation, performance testing, and the validation of the simulated output against known physics processes.

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

The observation of WWγ production in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV with an integrated luminosity of 138 fb^{-1} is presented. The observed (expected) significance is 5.6 (5.1) standard deviations. Events are selected by requiring exactly two leptons (one electron and one muon) of opposite charge, moderate missing transverse momentum, and a photon. The measured fiducial cross section for WWγ is 5.9±0.8(stat)±0.8(syst)±0.7(modeling) fb, in agreement with the next-to-leading order quantum chromodynamics prediction. The analysis is extended with a search for the associated production of the Higgs boson and a photon, which is generated by a coupling of the Higgs boson to light quarks. The result is used to constrain the Higgs boson couplings to light quarks.

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

A search for high-mass resonances decaying into a τ-lepton and a neutrino using proton-proton collisions at a center-of-mass energy of s=13  TeV is presented. The full run 2 data sample corresponding to an integrated luminosity of 139  fb−1 recorded by the ATLAS experiment in the years 2015–2018 is analyzed. The τ-lepton is reconstructed in its hadronic decay modes and the total transverse momentum carried out by neutrinos is inferred from the reconstructed missing transverse momentum. The search for new physics is performed on the transverse mass between the τ-lepton and the missing transverse momentum. No excess of events above the Standard Model expectation is observed and upper exclusion limits are set on the W′→τν production cross section. Heavy W′ vector bosons with masses up to 5.0 TeV are excluded at 95% confidence level, assuming that they have the same couplings as the Standard Model W boson. For nonuniversal couplings, W′ bosons are excluded for masses less than 3.5–5.0 TeV, depending on the model parameters. In addition, model-independent limits on the visible cross section times branching ratio are determined as a function of the lower threshold on the transverse mass of the τ-lepton and missing transverse momentum. © 2024 CERN, for the ATLAS Collaboration 2024 CERN

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

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).

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