Precision measurement and interpretation of inclusive $$W^+$$ W + , $$W^-$$ W - and $$Z/\gamma ^*$$ Z / γ ∗ production cross sections with the ATLAS detector

High-precision measurements by the ATLAS Collaboration are presented of inclusive <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msup><mml:mover><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:math> ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:math> ) Drell-Yan production cross sections at the LHC. The data were collected in proton-proton collisions at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>s</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mspace></mml:mspace><mml:mtext>TeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> with an integrated luminosity of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>4.6</mml:mn><mml:mspace></mml:mspace><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>fb</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math> . Differential <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msup></mml:math> cross sections are measured in a lepton pseudorapidity range <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo><</mml:mo><mml:mn>2.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math> . Differential <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math> cross sections are measured as a function of the absolute dilepton rapidity, for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo><</mml:mo><mml:mn>3.6</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math> , for three intervals of dilepton mass, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ℓ</mml:mi><mml:mi>ℓ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math> , extending from 46 to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>150</mml:mn><mml:mspace></mml:mspace><mml:mspace></mml:mspace><mml:mtext>GeV</mml:mtext></mml:mrow></mml:math> . The integrated and differential electron- and muon-channel cross sections are combined and compared to theoretical predictions using recent sets of parton distribution functions. The data, together with the final inclusive <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math> scattering cross-section data from H1 and ZEUS, are interpreted in a next-to-next-to-leading-order QCD analysis, and a new set of parton distribution functions, ATLAS-epWZ16, is obtained. The ratio of strange-to-light sea-quark densities in the proton is determined more accurately than in previous determinations based on collider data only, and is established to be close to unity in the sensitivity range of the data. A new measurement of the CKM matrix element <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math> is also provided.