Foi analisada, através de simulação Monte Carlo, a probabilidade de que um gap de rapidez seja observado na produção do boson de Higgs por fusão de bosons vetoriais com massa (W), no LHC (Large Hadron Collider). Foi analisada, também através do uso de Monte Carlo, a possibilidade de que a existência ou não de um gap de rapidez seja usada na distinção de um Higgs produzido por fusão de bosons vetoriais W de outro produzido por fusão de gluons. Os diferentes modelos para tratamento de processos não perturbativos dos códigos Monte Carlo DTUJET e PYTHIA foram comparados. / The gap survival probability for a higgs boson produced by W fusion at the LHC (Large Hadron Collider) is analyzed through Monte Carlo simulation. The possibility of distinguishing between two higgs production mechanisms, W and gluon fusion is studied using Monte Carlo simulation. The two different models for non pertubative processes, used by DTUJET and PYTHIA are compared.

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Foi analisada, através de simulação Monte Carlo, a probabilidade de que um gap de rapidez seja observado na produção do boson de Higgs por fusão de bosons vetoriais com massa (W), no LHC (Large Hadron Collider). Foi analisada, também através do uso de Monte Carlo, a possibilidade de que a existência ou não de um gap de rapidez seja usada na distinção de um Higgs produzido por fusão de bosons vetoriais W de outro produzido por fusão de gluons. Os diferentes modelos para tratamento de processos não perturbativos dos códigos Monte Carlo DTUJET e PYTHIA foram comparados. / The gap survival probability for a higgs boson produced by W fusion at the LHC (Large Hadron Collider) is analyzed through Monte Carlo simulation. The possibility of distinguishing between two higgs production mechanisms, W and gluon fusion is studied using Monte Carlo simulation. The two different models for non pertubative processes, used by DTUJET and PYTHIA are compared.

Au cours des dernières années, le domaine de l'interaction lumière-matière a fait un pas de plus en avant avec l'avènement des qubits supraconducteurs couplés ultra-fortement à des guides d'ondes ouverts. Dans ce contexte, un qubit devient simultanément couplé à de nombreux modes du guide d'onde, se transformant ainsi en un objet hybride lumière-matière hautement intriqué. L'étude de nouveaux phénomènes dynamiques qui émergent de la grande complexité de ces systèmes quantiques à N-corps est l'objectif principal de cette thèse.Dans une première étape cruciale, nous abordons l'évolution dans le temps d'un tel système en utilisant une nouvelle technique numérique basée sur un développement complet du vecteur d'état en termes d'états cohérents multimodes. Inspirée par des approches semi-classiques antérieures, cette technique numériquement exacte fournit un progrès important par rapport aux méthodes de pointe qui ont été utilisées jusqu'à présent pour étudier le régime de couplage ultra-fort à N-corps. Fondamentalement, cette approche préserve également le détail de la dynamique du système complet réunissant le guide d'onde et le qubit, permettant à la fois d'effectuer la tomographie et d'extraire la diffusion multi-particule des degrés de liberté du guide d'onde.Une exploration du régime de couplage ultra-fort multi-mode utilisant cette nouvelle technique a conduit aux deux prédictions théoriques fondamentales de cette thèse. La première démontre que le rayonnement émis spontanément par un qubit excité prend la forme d'un chat de Schrödinger de lumière, un résultat étonnamment différent de l'émission de photon unique habituelle en optique quantique. La seconde prédiction concerne la diffusion de signaux cohérents de faible puissance sur un qubit, un protocole expérimental très courant en laboratoire. De façon remarquable, il est montré que la non-linéarité du qubit, transférée au guide d'onde par l'interaction ultra-forte avec la lumière, est capable de diviser les photons du faisceau entrant en plusieurs photons de plus basse énergie, conduisant à l'émergence d'un continuum basse fréquence dans le spectre de puissance, qui domine le signal hors-résonant. En étudiant la fonction de corrélation de second ordre dans le champ rayonné, il est également démontré que l'émission en couplage ultra-fort présente des signatures caractéristiques de la production de particules.Dans la dernière partie de la thèse, la fonction de corrélation de second ordre est à nouveau étudiée, mais cette fois expérimentalement, et dans le régime du couplage modéré. Bien que les mesures soient encore préliminaires, cette partie de la thèse présente un compte-rendu instructif de la théorie de la mesure du signal et permet de comprendre en détail la procédure expérimentale impliquée dans la mesure des signaux quantiques. De plus, à l'avenir, les développements expérimentaux et les outils de simulation décrits pourraient être appliqués aux signaux émis par des qubits ultra-fortement couplés, afin d'observer les signatures de production de particules révélées par la fonction de corrélation du second ordre. / In the recent years, the field of light-matter interaction has made a further stride forward with the advent of superconducting qubits ultra-strongly coupled to open waveguides. In this setting, the qubit becomes simultaneously coupled to many different modes of the waveguide, thus turning into a highly intricate light-matter object. Investigating the wealth of new dynamical phenomena that emerge from the high complexity of these engineered quantum many-body systems is the main objective of this thesis.As a first crucial step, we tackle the time-evolution of such a non-trivial system using a novel numerical technique based on an expansion of the full state vector in terms of multi-mode coherent states. Inspired by earlier semi-classical approaches, this numerically exact method provides an important advance compared to the state-of-the-art techniques that have been used so far to study the many-mode ultra-strong coupling regime. Crucially, it also keeps track of every detail of the dynamics of the complete qubit-waveguide system, allowing both to perform the tomography and to extract multi-particle scattering of the waveguide degrees of freedom.An exploration of the many-mode ultra-strong coupling regime using this new technique led to the two core theoretical predictions of this thesis. The first demonstrates that the radiation spontaneously emitted by an excited qubit takes the form of a Schrödinger cat state of light, a result strikingly different from the usual single-photon emission known from standard quantum optics. The second prediction concerns the scattering of low-power coherent signals on a qubit, a very common experimental protocol performed routinely in laboratories. Most remarkably, it is shown that the qubit non-linearity, transferred to the waveguide through the ultra-strong light-matter interaction, is able to split photons from the incoming beam into several lower-energy photons, leading to the emergence of a low-frequency continuum in the scattered power spectrum that dominates the inelastic signal. By studying the second-order correlation function of the radiated field, it is also shown that emission at ultra-strong coupling displays characteristic signatures of particle production.In the final part of the thesis, the second-order correlation function is investigated again, but this time experimentally, and in the regime of moderate coupling. Although the results are still preliminary, this part of the thesis will provide an instructive account of signal measurement theory and will allow to understanding in-depth the experimental procedure involved in measuring quantum microwave signals. Moreover, the experimental developments and microwave simulations tools described in this section could be applied in the future to signals emitted by ultra-strongly coupled qubits, in order to observe the signatures of particle production revealed by the second-order correlation function.

Ce travail de thése concerne la recherche du boson de Higgsa laide de canaux de désinégration contenant des photons dans létat final, baée sur les données enregistrées par le détecteur ATLAS en 2011 et 2012, a une énergie dans le centre de masse des collisions proton-proton center-mass-energy et 8 TeV. La sélection deséévenements, les principaux bruits de fond, les propriéés du signal, la discrimination statistique entre signal et bruits de fond, ainsi que l'interprétation des ésultats en terme de boson de Higgs du moéle standard sont discués. Dans le canal de désinégration H to gamma+gamma, un excés par rapport au niveau de bruit de fond est clairement visible a une masse mH=126,8 +- 0,2(stat) +- 0,7(syst) GeV et avec une significativité locale de7,4 sigma. En revanche, dans le canal de désinégration rareH to Z+gamma, aucun excés n'est obseré dans la feétre de masse allant de 120 a 150 GeV. Ce résultat est interpéé comme une limiteégalea 11 fois la valeur de la section efficace de production pp to H to Z+gamma prédite par le moéle standard pour une masse du boson de Higgs de mH = 125,5 GeV, proche de celle mesurée dans les canaux engamma+gamma et en quatre leptons. Une reconstruction et une identification efficace des photons, ainsi qu'une connaissance précise des performances du systéme de éclenchement et de l'algorithme d'identification, sont des aspects importants de ces mesures. Une grande partie de ce manuscrit est ainsi consacréea la description de l'optimisation de ces performances et des activités de mesures que j'ai réalisées pendant ces trois années. / This thesis focuses on the searches for the Higgs boson in events with photons in the final states, using the full proton-proton collision data collected by ATLAS at center-mass-energy of 7 TeV and 8 TeV in 2011 and 2012.Higgs boson decays to photon pairs or to a photon and a Z boson decaying to di-electrons or di-muons are investigated. The event selection, the main backgrounds, the signal properties, and the statistical discrimination between the signal and background in data and the interpretation of the results in terms of a Standard Model Higgs boson are discussed. In the H decays to diphoton channel a clear excess over the background is seen at a mass of mH= 126.8 +- 0.2(stat) +- 0.7(syst) GeV, with a local significance of 7.4 sigma. In the rare decay channel H decays to Z+gamma no evidence of excess over the background is observed in the mass range 120-150 GeV, and, for a Higgs boson mass near the one obtained from the combined mass measurement in the diphoton and 4-lepton final states, mH=125.5 GeV, an upper limit of 11 times the SM prediction, at 95% confidence level, is set on the production cross section times the H to Z+gamma cross section. One of the most important ingredient for these measurements is the efficient reconstruction and identification of photons, and a precise knowledge of the trigger and identification performance. A significant part of the document is thus devoted to the photon performance optimisation and measurement activities that I carried on in the past three years.

Diese Arbeit beschreibt die Messung der Wirkungsquerschnitte fuer die Reaktion e+e- -> W+W- -> qqqq und die Bestimmung der W-Masse mit dem L3-Detektor am LEP. In einem Datensample gesammelt bei den Schwerpunktsenergien zwischen 183 GeV und 189 GeV, das einer Gesamtluminositaet von 232 1/pb entspricht, sind 1957 Vier-Fermion-Ereignisse mit hadronischen Jetpaaren selektiert worden. Auf diese Ereignisse basierend wurden die Wirkungsquerschnitte fuer die Reaktion e+e- -> W+W- -> qqqq gemessen, jeweils 7.94 +/- 0.45 (stat) +/- 0.21 (syst) pb und 7.53 +/- 0.25 (stat) +/- 0.17 (syst) pb entsprechend 183 GeV und 189 GeV. Unter der Benutzung der selektierten Ereignisse der anderen Endzustaende der Reaktion e+e- -> W+W- und der Kombination aller Endzustaende wurden die Gesamtwirkungsquerschnitte und hadronische Verzweigungsverhaeltnisse (Br) des W-Zerfalls gemessen: WW-Wirkungsquerschnitt (183 GeV) = 16.10 +/- 0.66 (stat) +/- 0.26 (syst) pb, WW-Wirkungsquerschnitt (189 GeV) = 16.36 +/- 0.37 (stat) +/- 0.22 (syst) pb, Br(W -> qq) = 68.36 +/- 0.69 (stat) +/- 0.33 (syst) %, wobei die Lepton-Universalitaet angenommen ist. Die Ergebnisse sind konsistent mit der Standardmodelerwartung. Das gemessene hadronisches Verzweigungsverhaeltnis erlaubt eine Bestimmung des CKM-Matrixelement |V_cs| = 1.035 +/- 0.032 (stat) +/- 0.016 (syst). Die Masse des W-Bosons ist bei der direkten Rekonstruktion des W-Zerfalls in W+W- -> qqqq und W+W- -> qqln Ereignisse bestimmt worden. Das kombinierte Ergebnis von allen Endzustaenden ist M_W = 80.325 +/- 0.081 (stat) +/- 0.060 (syst) GeV. Eine Teilung der Daten in positiv und negativ geladene W-Bosonen ergibt M_W+ - M_W- = +0.28 +/- 0.42 GeV, wobei nur qqen-, qqmn- und qqqq-Ereignisse benutzt wurden. Dieses Ergebnis ist konsistent mit der CPT-Erhaltung. In 1999, W-Paarereignisse wurden zwischen 192 GeV- und 202 GeV- Schwerpunktsenergien produziert. Diese Daten entsprechen eine integrierte Luminositaet von 234 1/pb. Die hadronische Wirkungsquerschnitte wurden gemessen, und die vorlaeufigen Ergebnisse sind berichtet. Alle Endzustaende der W-Paar-Produktion und alle selektierten Ereignisse zwischen den Schwerpunktsenergien von 183 GeV and 202 GeV wurden kombiniert, und die Masse des W-Bosons ist gemessen. Das vorlaeufigen Ergebnis ist M_W = 80.312 +/- 0.060 (stat) +/- 0.058 (syst) GeV. / This thesis describes a measurement of the cross section for the process e+e- -> W+W- -> qqqq and the determination of the W mass with the L3 detector at LEP. In a data sample corresponding to a total luminosity of 232 1/pb collected at center-of-mass energy between 183 GeV and 189 GeV, 1957 four-fermion events with pairs of hadronic jets are selected. Based on these events, the cross sections for the doubly resonant process e+e- -> W+W- -> qqqq have been measured to be 7.94 +/- 0.45 (stat) +/- 0.21 (syst) pb and 7.53 +/- 0.25 (stat) +/- 0.17 (syst) pb at 183 GeV and 189 GeV respectively. Using the selected events of the other final states of the process e+e- -> W+W- and combining all the final states, the total cross sections and the hadronic branching fraction of the W decays are measured: WW cross section (183 GeV) = 16.10 +/- 0.66 (stat) +/- 0.26 (syst) pb, WW cross section (189 GeV) = 16.36 +/- 0.37 (stat) +/- 0.22 (syst) pb, Br(W -> qq) = 68.36 +/- 0.69 (stat) +/- 0.33 (syst) %, where the lepton universality is assumed. These results are consistent with Standard Model expectations. The measured hadronic branching fraction allows a determination of the CKM matrix element |V_cs| = 1.035 +/- 0.032 (stat) +/- 0.016 (syst). The mass of the W boson is determined by the direct reconstruction of the W decays in W+W- -> qqqq and W+W- -> qqln events. The combined result from all final states is M_W = 80.325 +/- 0.081 (stat) +/- 0.060 (syst) GeV. A division of the data into positively and negatively charged W bosons yields M_W+ - M_W- = +0.28 +/- 0.42 GeV, where only qqen, qqmn and qqqq events have been used. This result is consistent with CPT invariance. In 1999, W-pair events were produced between 192 GeV and 202 GeV center-of-mass energy. These data correspond to an integrated luminosity of 234 1/pb. The hadronic cross sections are measured, and the preliminary results are reported. Combining all final states in W-pair production and all the selected events between 183 GeV and 202 GeV center-of-mass energy, the mass of the W boson is measured. The preliminary result obtained is M_W = 80.312 +/- 0.060 (stat) +/- 0.058 (syst) GeV.

The localized/delocalized duality of 5f electrons plays an important role in understanding the complex physics of actinides. Band-structure calculations based on the ad hoc assumption that 5f electrons are simultaneously localized and delocalized explained the observed dHvA experiments very well. This ad hoc assumption also gives the correct equilibrium volume for delta-Pu. Experimentally, the duality of 5f electrons is observed by inelastic neutron scattering experiments, or by soft X-ray angle-resolved photoelectron spectroscopy. It is worth recalling that the origin of partial localization in the 3d and 5f systems is quite different. In compounds with 3d electrons, the large crystalline electric field set up by the surrounding environment of transition metal ions plays a major role. On the other hand, in 5f systems, the Hund's rule correlations play the key role whilst the crystalline electric field is less important. In this thesis we have studied the effect of intra-atomic correlations on anisotropies in hopping matrix elements of different 5f orbitals. For that purpose, we used the effective model that includes on-site interactions that are responsible for Hund's rules and effective hopping terms that result from the hybridization of different 5f orbitals with the environment. Two different approximations, namely, rotationally invariant slave-boson mean-field (RISBMF) and infinite time-evolving block decimation (iTEBD), have been used to investigate the ground-state properties of the Hamiltonian. We have demonstrated that Hund's rule correlations enhance strongly anisotropies in hopping matrix elements. For a certain range of 5f bandwidth parameters this effect may result in a complete suppression of hopping processes for some of 5f orbitals, i.e., the system is in a partially localized phase. Within the RISBMF method, we calculated the ground-state properties and the phase diagram of the system. The suppression of hopping processes in some of 5f orbitals due to Hund's rule correlations can be seen through orbital-dependent quasiparticle weights. In a mean-field theory, a quasiparticle weight of zero for an orbital means a complete suppression of hopping processes in this orbital. Thus, quasiparticle weights and occupation numbers were used to classify partially localized phases. In the calculated phase diagram we obtain four partially localized phases that can be separated into two different sets. In the first set electrons in two orbitals are localized. In the second, electrons in one orbital are localized. The difference between the two sets is not simply the number of localized orbitals but the mechanism for the partial localization. For the first set, the Hund's rule mechanism applies: only those 5f electrons that enable the remaining ones to form a Hund's rule state will delocalize. This mechanism requires to have at least two localized orbitals, therefore it is definitely not applicable to those phases with only one localized orbital. For the second set, a situation similar to a single-band Mott-Hubbard transition applies. The direct on-site Coulomb interaction between jz and -jz electrons plays the key role for understanding the partial localization transition. In order to assess the validity of the RISBMF results we have used the iTEBD method to calculate the ground-state properties of a 1D system. Qualitatively, the two approaches agree with each other. However, we found an area where the RISBMF yields an artificial ground-state. Note that the mean-field method is worst for a 1D system. Therefore one shoud not judge from it the quality of the RISBMF method for the more general case.

Deux analyses de physique des particules à hautes énergies sont présentées dans ce manuscrit de thèse, utilisant des événements avec deux leptons de charges opposées et de l'énergie transverse manquante. Ces événements sont sélectionnés parmi 9.7 fb-1 de données totales de collisions pp enregistrées par le détecteur DØ auprès du collisionneur TeVatron du Fermilab à √s=1.96 TeV.La première analyse est la recherche du boson de Higgs se désintégrant en H→WW→μνμν. Aucun excès significatif au-dessus de l'attente pour le bruit de fond n'est observé.Des limites supérieures sur la section efficace de production du boson de Higgs sont donc calculées dans le cadre du modèle standard mais aussi dans l'hypothèse de l'existence d'une quatrième génération de fermions et dans le contexte de couplages fermiophobiques du boson de Higgs.Pour valider la méthodologie de cette recherche, la section efficace de production de la paire de bosons W est mesurée.La seconde analyse est la mesure de l'asymétrie avant-arrière de production de la paire tt. Il s'agit de la première mesure dans le canal dileptonique de l'expérience DØ. Dans ce contexte, une méthode inédite de reconstruction de la cinématique de la paire est utilisée (méthode des éléments de matrice) pour donner une mesure brute de l'asymétrie avant-arrière. A l'aide d'une méthode de calibration dédiée, nous donnons une mesure finale de AFB=18.0 ± 6.0 (stat) ± 3.3 (syst).

Die Suche nach dem Higgs-Boson des Standardmodells der Teilchenphysik stellte einen der Hauptgründe für den Bau des Large Hadron Colliders (LHC) dar, dem derzeit größten Teilchenphysik-Experiment der Welt. Die vorliegende Arbeit ist gleichfalls von dieser Suche getrieben. Der direkte Zerfall des Higgs-Bosons in Myonen wird untersucht. Dieser Kanal hat mehrere Vorteile. Zum einen ist der Endzustand, bestehend aus zwei Myonen unterschiedlicher Ladung, leicht nachzuweisen und besitzt eine klare Signatur. Weiterhin ist die Massenauflösung hervorragend, sodass eine gegebenenfalls vorhandene Resonanz gleich in ihrer grundlegenden Eigenschaft - ihrer Masse - bestimmt werden kann. Leider ist der Zerfall des Higgs-Bosons in ein Paar von Myonen sehr selten. Lediglich etwa 2 von 10000 erzeugten Higgs-Bosonen zeigen diesen Endzustand . Außerdem existiert mit dem Standardmodellprozess Z/γ∗ → μμ ein Zerfall mit einer sehr ähnlichen Signatur, jedoch um Größenordnungen höherer Eintrittswahrscheinlichkeit. Auf ein entstandenes Higgs-Boson kommen so etwa 1,5 Millionen Z-Bosonen, welche am LHC bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV produziert werden. In dieser Arbeit werden zwei eng miteinander verwandte Analysen präsentiert. Zum einen handelt es sich hierbei um die Untersuchung des Datensatzes von Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV, aufgezeichnet vom ATLAS-Detektor im Jahre 2012, auch als alleinstehende Analyse bezeichnet. Zum anderen erfolgt die Präsentation der kombinierten Analyse des kompletten Run-I Datensatzes, welcher aus Aufzeichnungen von Proton-Proton-Kollisionen der Jahre 2011 und 2012 bei Schwerpunktsenergien von 7 TeV bzw. 8 TeV besteht. In beiden Fällen wird die Verteilung der invarianten Myon-Myon-Masse nach einer schmalen Resonanzsignatur auf der kontinuierlichen Untergrundverteilung hin untersucht. Dabei dient die theoretisch erwartete Massenverteilung sowie die Massenauflösung des ATLAS-Detektors als Grundlage, um analytische Parametrisierungen der Signal- und Untergrundverteilungen zu entwickeln. Auf diese Art wird der Einfluss systematischer Unsicherheiten auf Grund von ungenauer Beschreibung der Spektren in Monte-Carlo Simulationen verringert. Verbleibende systematische Unsicherheiten auf die Signalakzeptanz werden auf eine neuartige Weise bestimmt. Zusätzlich wird ein bisher einzigartiger Ansatz verfolgt, um die systematische Unsicherheit resultierend aus der Wahl der Untergrundparametrisierung in der kombinierten Analyse verfolgt. Zum ersten Mal wird dabei die Methode des scheinbaren Signals auf einem simulierten Untergrunddatensatz auf Generator-Niveau angewendet, was eine Bestimmung des Einflusses des Untergrundmodells auf die Anzahl der ermittelten Signalereignisse mit nie dagewesener Präzision ermöglicht. In keiner der durchgeführten Analysen konnte ein signifikanter Überschuss im invarianten Massenspektrum des Myon-Myon-Systems nachgewiesen werden, sodass obere Ausschlussgrenzen auf die Signalstärke μ = σ/σ(SM) in Abhängigkeit von der Higgs-Boson-Masse gesetzt werden. Dabei sind Stärken von μ ≥ 10,13 bzw. μ ≥ 7,05 mit einem Konfidenzniveau von 95% durch die alleinstehende bzw. kombinierte Analyse ausgeschlossen, jeweils für eine Higgs-Boson-Masse von 125,5 GeV. Die erzielten Ergebnisse werden ebenfalls im Hinblick auf die kürzlich erfolgte Entdeckung des neuen Teilchens interpretiert, dessen Eigenschaften mit den Vorhersagen eines Standardmodell-Higgs-Bosons mit einer Masse von etwa 125,5 GeV kompatibel sind. Dabei werden obere Grenzen auf das Verzweigungsverhältnis von BR(H → μμ) ≤ 1,3 × 10^−3 und auf die Yukawa-Kopplung des Myons von λμ ≤ 1,6 × 10^−3 gesetzt, jeweils mit einem Konfidenzniveau von 95%. / The search for the Standard Model Higgs boson was one of the key motivations to build the world’s largest particle physics experiment to date, the Large Hadron Collider (LHC). This thesis is equally driven by this search, and it investigates the direct muonic decay of the Higgs boson. The decay into muons has several advantages: it provides a very clear final state with two muons of opposite charge, which can easily be detected. In addition, the muonic final state has an excellent mass resolution, such that an observed resonance can be pinned down in one of its key properties: its mass. Unfortunately, the decay of a Standard Model Higgs boson into a pair of muons is very rare, only two out of 10000 Higgs bosons are predicted to exhibit this decay. On top of that, the non-resonant Standard Model background arising from the Z/γ∗ → μμ process has a very similar signature, while possessing a much higher cross-section. For one produced Higgs boson, there are approximately 1.5 million Z bosons produced at the LHC for a centre-of-mass energy of 8 TeV. Two related analyses are presented in this thesis: the investigation of 20.7 fb^−1 of the proton-proton collision dataset recorded by the ATLAS detector in 2012, referred to as standalone analysis, and the combined analysis as the search in the full run-I dataset consisting of proton-proton collision data recorded in 2011 and 2012, which corresponds to an integrated luminosity of L = 24.8 fb^−1 . In each case, the dimuon invariant mass spectrum is examined for a narrow resonance on top of the continuous background distribution. The dimuon phenomenology and ATLAS detector performance serve as the foundations to develop analytical models describing the spectra. Using these analytical parametrisations for the signal and background mass distributions, the sensitivity of the analyses to systematic uncertainties due to Monte-Carlo simulation mismodeling are minimised. These residual systematic uncertainties are addressed in a unique way as signal acceptance uncertainties. In addition, a new approach to assess the systematic uncertainty associated with the choice of the background model is designed for the combined analysis. For the first time, the spurious signal technique is performed on generator-level simulated background samples, which allows for a precise determination of the background fit bias. No statistically significant excess in the dimuon invariant mass spectrum is observed in either analysis, and upper limits are set on the signal strength μ = σ/σ(SM) as a function of the Higgs boson mass. Signal strengths of μ ≥ 10.13 and μ ≥ 7.05 are excluded for a Higgs boson mass of 125.5 GeV with a confidence level of 95% by the standalone and combined analysis, respectively. In the light of the discovery of a particle consistent with the predictions for a Standard Model Higgs boson with a mass of m H = 125.5 GeV, the search results are reinterpreted for this special case, setting upper limits on the Higgs boson branching ratio of BR(H →μμ) ≤ 1.3 × 10^−3, and on the muon Yukawa coupling of λμ ≤ 1.6 × 10^−3 , both with a confidence level of 95 %.

In this study, a measurement of the production cross section of Standard Model Z bosons in proton-proton collisions in the decay channel Z to tau tau is performed with data of 1.34 fb-1 - 1.55fb-1 recorded by the ATLAS experiment at the LHC at a center-of-mass energy of 7 TeV. An event selection of the data is applied in order to obtain a sample enriched with Z to tau tau events. After background estimations using data and Monte Carlo (MC) simulations, the fiducial cross sections in the sub-channels Z to tau tau to e tau_h + 3nu and Z to tau tau to mu tau_h + 3nu are measured. Together with the geometrical and kinematical acceptance, A_Z, and the well known tau lepton branching fractions, these results are combined to a total inclusive Z to tau tau cross section. A_Z is obtained from MC studies only, and the combination of the channels is done including statistical and systematical uncertainties using the BLUE method. The result is a measured total inclusive cross section of 914.4 plus minus 14.6(stat) plus minus 95.1(syst) plus minus 33.8(lumi) pb. This is in agreement with theoretical predictions from NNLO calculations of 964 plus minus 48 pb and also with measurements previously performed by the ATLAS and CMS experiments. With the increased amount of data, the statistical uncertainty could be reduced significantly compared to previous measurements. Furthermore, a testbeam analysis is performed to study the operation of the electromagnetic and hadronic endcap calorimeters, EMEC and HEC, and of the forward calorimeter, FCal, in the high particle fluxes expected for the upgraded LHC. The high voltage return currents of the EMEC module are analysed in dependence of the beam intensity. The results are compared to model predictions and simulations to extract the point of critical operation. Overall, the results for the critical beam intensities and the critical high voltage currents are in agreement with the predictions, but the assigned uncertainties are rather large. The general behaviour of the high voltage current in dependence of the beam intensity above the critical intensity could be confirmed very well. The testbeam data show that the EMEC can be operated up to highest LHC luminosities, and that ATLAS conserves its excellent calorimeter performance in this detector area. / In dieser Studie wird eine Wirkungsquerschnittsmessung des Standardmodell-Z-Bosons im Zerfallskanal Z nach tau tau mit Kollisionsereignissen entsprechend 1.34 fb-1 bis 1.55 fb-1 aufgezeichneter Daten des ATLAS-Experiments am LHC bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV durchgefuehrt. Hierbei kommt eine spezielle Ereignisselektion der Daten zum Einsatz, die zum Ziel hat, einen mit Z nach tau tau Ereignissen angereicherten Datensatz zu erhalten. Nach einer Untergrundabschaetzung mit Hilfe von experimentellen Daten und Monte-Carlo(MC)-Simulationen wird eine spezifische Wirkungsquerschnittsmessung in den Unterkanaelen Z nach tau tau nach e tau_h + 3nu und Z nach tau tau nach mu tau_h + 3nu erreicht, welche zunaechst nur Ereignisse in der geometrischen und kinematischen Akzeptanzregion umfasst. Zusammen mit der Selektionseffizienz dieser Akzeptanzregion, A_Z, und den bekannten Tau-Lepton-Verzweigungsverhaeltnissen koennen diese Ergebnisse zu einem totalen, inklusiven Z nach tau tau Wirkungsquerschnitt kombiniert werden. Hierbei wird A_Z ausschliesslich aus MC-Studien bestimmt und die Kombination unter Beruecksichtigung der statistischen und systematischen Fehler der Einzelkanaele mit der BLUE-Methode durchgefuehrt. Das Ergebnis ist ein totaler, inklusiver Wirkungsquerschnitt von 914.4 plus minus 14.6(stat) plus minus 95.1(syst) plus minus 33.8(lumi) pb. Dies stimmt innerhalb der Messunsicherheiten sowohl mit theoretischen Vorhersagen aus NNLO Rechnungen von: 964 plus minus 48 pb als auch mit Messungen, die zuvor im Zuge der ATLAS- und CMS-Experimente durchgefuehrt wurden, ueberein. Im Vergleich zu den bisherigen Messungen koennen die statistischen Fehler mit dem groesseren Datensatz deutlich reduziert werden. Weiterhin wird eine Teststrahlstudie zur Pruefung der Funktionalitaet der elektromagnetischen und hadronischen Endkappenkalorimeter, EMEC und HEC, und des Vorwaertskalorimeters FCal in den zukuenftigen, hohen Teilchenflussdichten des verbesserten LHC praesentiert. Die Hochspannungsstroeme des EMEC-Moduls werden in Abhaengigkeit von der Strahlintensitaet analysiert. Weiterhin werden die Ergebnisse mit Modellvorhersagen und Simulationen verglichen, um die Punkte nichtlinearen (kritischen) Betriebes zu extrahieren. Die Ergebnisse fuer die kritische Strahlintensitaet und die kritischen Stroeme stimmen mit Modellrechnungen und Simulationen ueberein, die jedoch mit grossen Unsicherheiten behaftet sind. Das vorhergesagte Verhalten der Hochspannungsstroeme in Abhaengigkeit von der Strahlintensitaet oberhalb der kritischen Intensitaet konnte sehr genau bestaetigt werden. Die Teststrahldaten zeigen, dass das EMEC bis zu den hoechsten LHC-Luminositaeten arbeiten kann und ATLAS in dieser Detektorregion seine exzellenten Kalorimetereigenschaften beibehaelt.