In dieser Dissertation werden Resultate einer Suche nach der Produktion von Einzel-Top-Quarks über flavour-verletzende neutrale Ströme (FCNCs) in starken Welchselwirkungen vorgestellt. Hierfür werden Daten aus Proton-Proton-Kollisionen am Large Hadron Collider bei einer Schwerpunktsenergie von 8TeV verwendet. Die Daten wurden mit dem ATLAS-Experiment im Jahr 2012 aufgenommen und entsprechen einer integrierten Luminosität von 14.1 fb−1. In der Analyse werden FCNC-Ereignisse selektiert, in denen ein leichtes Quark (u oder c) mit einem Gluon wechselwirkt, und ein einzelnes Top-Quark und potentiell ein weiterer einzelner Jet produziert wird. Mittels der Forderung nach genau einem Myon oder Elektron, großer fehlender Transversalenergie und exakt einem Bottom-Quark-Jet und eventuellem zusätzlichen Jet im Endzustand werden Kandidaten der gesuchten Ereignisse im leptonischen Zerfallskanal des Top-Quarks selektiert. Zur Unterscheidung zwischen Signal- und Untergrundereignissen werden multivariate Methoden herangezogen. Künstliche neuronale Netze werden verwendet, um diverse kinematische Variablen zu einem einzelnen Klassifikator zu kombinieren. Um die potentielle Produktion von Top-Quarks über FCNCs zu quantifizieren, werden die Ausgaben der neuronalen Netze einer Bayes''schen statistischen Analyse unterzogen. Da kein Überschuss an Signalereignissen festgestellt werden kann und die Ergebnisse den Erwartungen der theoretischen Vorhersagen entsprechen, werden neue obere Schranken auf den FCNC-Produktionswirkungsquerschnitt von Einzel-Top-Quarks ermittelt. Aus diesen werden unter Verwendung von modell-unabhängigen theoretischen Berechnungen neue obere Schranken auf die Kopplungskonstanten sowie auf die entsprechenden Verzweigungsverhältnisse ermittelt. / This thesis presents results of a search for single top-quark production via flavour-changing neutral currents (FCNCs) in strong interactions using data recorded with the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider in 2012. A dataset from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 8TeV and corresponding to an integrated luminosity of 14.1 fb−1 is used. It is searched for FCNC events in which a light quark (u or c) interacts with a gluon to produce a single top quark, either with or without the associated production of another light quark or gluon. Candidate events of leptonically decaying top-quarks are selected by requiring a single electron or muon, a substantial amount of missing transverse energy, and exactly one or two jets of which exactly one has to fulfil a b-tagging criterion. Multivariate techniques are employed in order to distinguish between signal- and background-like events by making use of artificial neural networks that combine multiple kinematic variables into a single classifier output. A Bayesian statistical analysis is performed on the classifier outputs in order to quantify potential signs of FCNC single top-quark production. No excess in signal events is observed and the results are in agreement with the theory predictions. Consequently a new upper limit is set on the FCNC single top-quark production cross-section multiplied by the t->Wb branching fraction. Using theory calculations within a model-independent effective theory framework, this limit is converted into upper limits on the coupling constants of the FCNC interactions as well as into respective upper limits on the branching fractions.

In dieser Dissertation wird die Suche nach schweren neutralen pseudoskalaren A und skalaren H Higgs-Bosonen vorgestellt, die in gg-Fusionen erzeugt werden, und in ein Top-Antitop-Quark-Paar zerfallen. Gesucht wurde im vollständigen Datensatz von Proton–Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV die vom ATLAS-Detektor am Large Hadron Collider aufgezeichnet wurde und einer integrierten Luminosität von 20.3 fb−1 entspricht. Der Signalprozess und der Haupthintergrund aus der Top-Quark-Paar-Produktion über starke gg-Fusionen-Prozesse, interferieren heftig, was zu einer Verzerrung des reinen Breit-Wigner-Resonanzpeak in eine Peak-Dip-Struktur führt. Diese Analyse ist die erste am LHC, die die Interferenz zwischen Signal und Hintergrundprozessen vollständig berücksichtigt. Die Suche stützt sich auf die statistische Analyse des invarianten Top-Quark-Paar-Massenspektrum, welches aus Ereignissen mit einem Elektron oder Myon mit hohem Transversalimpuls, einer hohen fehlenden Transversalenergie von dem nicht detektierten Neutrino und mindestens vier Jets rekonstruiert wird. In den Daten wird keine signifikante Abweichung vom erwarteten Standardmodell-Hintergrund beobachtet. Die Ausschließungsgrenzen wurden abgeleitet im Kontext des Typ II Two-Higgs-Doublet Model, für Higgs-Bosonen mit einer Masse von 500 und 750 GeV und mit niedrigerem tan(\beta)-Parameter, bei der tan(\beta) das Verhältnis der Vakuumerwartungswerte der beiden Higgs-Dublett-Felder ist. Diese Parameterregionen sind weitgehend unerforscht in Untersuchungen von beliebigen Endzuständen. / In this thesis a search is presented for heavy neutral pseudoscalar A and scalar H Higgs bosons, produced in gg fusion and decaying into a top-antitop quark pair. The search is conducted on the full proton-proton collisions dataset recorded by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider at a centre-of-mass collision energy of 8 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb−1. The signal process and the main background from top quark pair production via the gg fusion strong process, interfere heavily, distorting the signal shape from the pure Breit-Wigner resonance peak to a peak-dip structure. This analysis is the first one at the LHC that fully takes into account the interference between a signal and the background processes. The search relies on the statistical analysis of the top quark pair invariant mass spectrum, which is reconstructed in signal candidate events with a high-transverse momentum electron or muon, large missing transverse energy from the undetected neutrino and at least four jets. No significant deviation from the expected SM background is observed in data. Exclusion limits are derived in the context of the type-II Two-Higgs-Doublet Model, for Higgs boson masses of 500 and 750 GeV and in the low tan(\beta) parameter region, where tan(\beta) is the ratio of the vacuum expectation values of the two Higgs doublet fields. These parameter regions have been largely unexplored by searches in any final state.