The ATLAS detector as installed in its experimental cavern at point 1 at CERN is described in this paper. A brief overview of the expected performance of the detector when the Large Hadron Collider begins operation is also presented.

We study the process ee+ e- → π+ π- J/ψ at a center-of-mass energy of 4.260 GeV using a 525 pb(-1) data sample collected with the BESIII detector operating at the Beijing Electron Positron Collider. The Born cross section is measured to be (62.9±1.9±3.7) pb, consistent with the production of the Y(4260). We observe a structure at around 3.9 GeV/c2 in the π(±)J/ψ mass spectrum, which we refer to as the Z(c)(3900). If interpreted as a new particle, it is unusual in that it carries an electric charge and couples to charmonium. A fit to the π(±)J/ψ invariant mass spectrum, neglecting interference, results in a mass of (3899.0±3.6±4.9) MeV/c2 and a width of (46±10±20) MeV. Its production ratio is measured to be R = (σ(e+ e- → π(±)Z(c)(3900)(∓) → π+ π- J/ψ)/σ(e+ e- → π+ π- J/ψ)) = (21.5±3.3±7.5)%. In all measurements the first errors are statistical and the second are systematic.

Combined measurements of Higgs boson production cross sections and branching fractions are presented. The combination is based on the analyses of the Higgs boson decay modes $H \to \gamma\gamma$, $ZZ^\ast$, $WW^\ast$, $\tau\tau$, $b\bar{b}$, $\mu\mu$, searches for decays into invisible final states, and on measurements of off-shell Higgs boson production. Up to $79.8$ fb$^{-1}$ of proton-proton collision data collected at $\sqrt{s}=$ 13 TeV with the ATLAS detector are used. Results are presented for the gluon-gluon fusion and vector-boson fusion processes, and for associated production with vector bosons or top-quarks. The global signal strength is determined to be $\mu = 1.11^{+0.09}_{-0.08}$. The combined measurement yields an observed (expected) significance for the vector-boson fusion production process of $6.5\sigma$ ($5.3\sigma$). Measurements in kinematic regions defined within the simplified template cross section framework are also shown. The results are interpreted in terms of modifiers applied to the Standard Model couplings of the Higgs boson to other particles, and are used to set exclusion limits on parameters in two-Higgs-doublet models and in the simplified Minimal Supersymmetric Standard Model. No significant deviations from Standard Model predictions are observed.

This paper describes the reconstruction of electrons and photons with the ATLAS detector, as employed for measurements and searches exploiting the complete LHC Run 2 dataset. An improved energy clustering algorithm is introduced, and its implications for the measurement and identification of electrons and photons are discussed in detail. Corrections and calibrations that affect performance, including energy calibration, identification and isolation efficiencies, and the measurement of the charge of reconstructed electron candidates are determined using up to 81 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data collected at $\sqrt{s}=$ 13 TeV between 2015 and 2017.

A search for high-mass dielectron and dimuon resonances in the mass range of 250 GeV to 6 TeV is presented. The data were recorded by the ATLAS experiment in proton–proton collisions at a centre-of-mass energy of s=13 TeV during Run 2 of the Large Hadron Collider and correspond to an integrated luminosity of 139 fb−1. A functional form is fitted to the dilepton invariant-mass distribution to model the contribution from background processes, and a generic signal shape is used to determine the significance of observed deviations from this background estimate. No significant deviation is observed and upper limits are placed at the 95% confidence level on the fiducial cross-section times branching ratio for various resonance width hypotheses. The derived limits are shown to be applicable to spin-0, spin-1 and spin-2 signal hypotheses. For a set of benchmark models, the limits are converted into lower limits on the resonance mass and reach 4.5 TeV for the E6-motivated Zψ′ boson. Also presented are limits on Heavy Vector Triplet model couplings.

Abstract The algorithms used by the ATLAS Collaboration during Run 2 of the Large Hadron Collider to identify jets containing b -hadrons are presented. The performance of the algorithms is evaluated in the simulation and the efficiency with which these algorithms identify jets containing b -hadrons is measured in collision data. The measurement uses a likelihood-based method in a sample highly enriched in $$t{\bar{t}}$$ tt¯ events. The topology of the $$t \rightarrow W b$$ t→Wb decays is exploited to simultaneously measure both the jet flavour composition of the sample and the efficiency in a transverse momentum range from 20 to 600 GeV. The efficiency measurement is subsequently compared with that predicted by the simulation. The data used in this measurement, corresponding to a total integrated luminosity of 80.5 $$\hbox {fb}^{-1}$$ fb-1 , were collected in proton–proton collisions during the years 2015–2017 at a centre-of-mass energy $$\sqrt{s}=$$ s= 13 TeV. By simultaneously extracting both the efficiency and jet flavour composition, this measurement significantly improves the precision compared to previous results, with uncertainties ranging from 1 to 8% depending on the jet transverse momentum.

A search for the electroweak production of charginos and sleptons decaying into final states with two electrons or muons is presented. The analysis is based on 139 fb$^{-1}$ of proton-proton collisions recorded by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider at $\sqrt{s}=13$ TeV. Three $R$-parity-conserving scenarios where the lightest neutralino is the lightest supersymmetric particle are considered: the production of chargino pairs with decays via either $W$ bosons or sleptons, and the direct production of slepton pairs. The analysis is optimised for the first of these scenarios, but the results are also interpreted in the others. No significant deviations from the Standard Model expectations are observed and limits at 95 % confidence level are set on the masses of relevant supersymmetric particles in each of the scenarios. For a massless lightest neutralino, masses up to 420 GeV are excluded for the production of the lightest-chargino pairs assuming $W$-boson-mediated decays and up to 1 TeV for slepton-mediated decays, whereas for slepton-pair production masses up to 700 GeV are excluded assuming three generations of mass-degenerate sleptons.

Abstract The standard model of particle physics 1–4 describes the known fundamental particles and forces that make up our Universe, with the exception of gravity. One of the central features of the standard model is a field that permeates all of space and interacts with fundamental particles 5–9 . The quantum excitation of this field, known as the Higgs field, manifests itself as the Higgs boson, the only fundamental particle with no spin. In 2012, a particle with properties consistent with the Higgs boson of the standard model was observed by the ATLAS and CMS experiments at the Large Hadron Collider at CERN 10,11 . Since then, more than 30 times as many Higgs bosons have been recorded by the ATLAS experiment, enabling much more precise measurements and new tests of the theory. Here, on the basis of this larger dataset, we combine an unprecedented number of production and decay processes of the Higgs boson to scrutinize its interactions with elementary particles. Interactions with gluons, photons, and W and Z bosons—the carriers of the strong, electromagnetic and weak forces—are studied in detail. Interactions with three third-generation matter particles (bottom ( b ) and top ( t ) quarks, and tau leptons ( τ )) are well measured and indications of interactions with a second-generation particle (muons, μ ) are emerging. These tests reveal that the Higgs boson discovered ten years ago is remarkably consistent with the predictions of the theory and provide stringent constraints on many models of new phenomena beyond the standard model.

The cross section for the process $e^+e^-\to \pi^+\pi^-J/\psi$ is measured precisely at center-of-mass energies from 3.77 to 4.60~GeV using 9~fb$^{-1}$ of data collected with the BESIII detector operating at the BEPCII storage ring. Two resonant structures are observed in a fit to the cross section. The first resonance has a mass of $(4222.0\pm 3.1\pm 1.4)$~MeV/$c^2$ and a width of $(44.1\pm 4.3\pm 2.0)$~MeV, while the second one has a mass of $(4320.0\pm 10.4 \pm 7.0)$~MeV/$c^2$ and a width of $(101.4^{+25.3}_{-19.7}\pm 10.2)$~MeV, where the first errors are statistical and second ones are systematic. The first resonance agrees with the $Y(4260)$ resonance reported by previous experiments. The precision of its resonant parameters is improved significantly. The second resonance is observed in $e^+e^-\to \pi^+\pi^-J/\psi$ for the first time. The statistical significance of this resonance is estimated to be larger than $7.6\sigma$. The mass and width of the second resonance agree with the $Y(4360)$ resonance reported by the $BABAR$ and Belle experiments within errors. Finally, the $Y(4008)$ resonance previously observed by the Belle experiment is not confirmed in the description of the BESIII data.

We extract the $e^+e^-\rightarrow \pi^+\pi^-$ cross section in the energy range between 600 and 900 MeV, exploiting the method of initial state radiation. A data set with an integrated luminosity of 2.93 fb$^{-1}$ taken at a center-of-mass energy of 3.773 GeV with the BESIII detector at the BEPCII collider is used. The cross section is measured with a systematic uncertainty of 0.9%. We extract the pion form factor $|F_\pi|^2$ as well as the contribution of the measured cross section to the leading order hadronic vacuum polarization contribution to $(g-2)_\mu$. We find this value to be $a_\mu^{\pi\pi,\rm LO}(600-900\;\rm MeV) = (368.2 \pm 2.5_{\rm stat} \pm 3.3_{\rm sys})\cdot 10^{-10}$.