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

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

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

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

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

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 search for heavy Majorana neutrinos in scattering of same-sign W boson pairs in proton–proton collisions at s=13 TeV at the LHC is reported. The dataset used corresponds to an integrated luminosity of 140 fb−1, collected with the ATLAS detector during 2015–2018. The search is performed in final states including a same-sign ee or eμ pair and at least two jets with large invariant mass and a large rapidity difference. No significant excess of events with respect to the Standard Model background predictions is observed. The results are interpreted in a benchmark scenario of the Phenomenological Type-I Seesaw model. New constraints are set on the values of the |VeN|2 and ⁎|VeNVμN⁎| parameters for heavy Majorana neutrino masses between 50 GeV and 20 TeV, where VℓN is the matrix element describing the mixing of the heavy Majorana neutrino mass eigenstate with the Standard Model neutrino of flavour ℓ=e,μ. The sensitivity to the Weinberg operator is investigated and constraints on the effective ee and eμ Majorana neutrino masses are reported. The statistical combination of the ee and eμ channels with the previously published μμ channel is performed.

Statistical combinations of searches for charginos and neutralinos using various decay channels are performed using 139 fb^{-1} of pp collision data at sqrt[s]=13 TeV with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Searches targeting pure-wino chargino pair production, pure-wino chargino-neutralino production, or Higgsino production decaying via standard model W, Z, or h bosons are combined to extend the mass reach to the produced supersymmetric particles by 30-100 GeV. The depth of the sensitivity of the original searches is also improved by the combinations, lowering the 95% C.L. cross-section upper limits by 15%-40%.