La polarisation du quark top produit par interaction électrofaible (single-top) en voie-t permet de tester la structure du vertex Wtb: le couplage vecteur gauche prévu dans le cadre du Modèle Standard (MS), ainsi que les couplages anormaux vecteur ou tenseur introduits par plusieurs théories au-delà du Modèle Standard. Le lot de données correspondant à une luminosité integrée de 4,7 fb-1 recolté dans les collisions proton-proton à une énergie de 7 TeV dans le centre de masse offre une chance de mesurer la polarisation du quark top. Cette thèse traite de la mesure de la polarisation du quark top grâce à l'étude des distributions angulaires polarisées dans des bases spécifiques avec les événements single-top produits en voie-t. Au début du document, le contexte théorique de production du quark top par interaction forte et électrofaible au LHC est introduit. Ensuite, le détecteur, les performances de reconstruction ainsi que la sélection d'événements avec une signature single-top en voie-t, sont décrits. Les méthodes d' "unfolding" et de "folding" sont présentées et testées avec différentes configurations afin de mesurer la polarisation du quark top. Les résultats obtenus, ainsi que les incertitudes théorique, expérimentales et statistiques, sont examinées. Il s'agit de la première mesure de polarisation du quark top avec le détecteur ATLAS. Les résultats sont compatibles avec les prédictions MS, et contribuent donc à contraindre de maniére significative les couplages anormaux sur le vertex Wtb. / The top quark polarization in electroweak production for single top t-channel allows to test the structure of the Wtb vertex: the left-handed vector coupling of the Standard Model (SM) as well as the anomalous couplings including the right-handed vector, the left-handed tensor and the right-handed tensor couplings. The 4.7 fb-1 data recorded by the ATLAS detector at the LHC with the center of mass energy at 7 TeV in 2011 provides a chance to measure the top polarization. This thesis discusses the measurement of the top polarization by studying the polarized angular distributions in specific bases with t-channel single top events. In the beginning of the thesis, a theoretical context of the top quark production via the strong interaction and the electroweak interaction at the LHC is introduced. Then the detector, the reconstruction performances as well as the event selections with a single top t-channel event signature are described. To measure the top polarization, the unfolding and folding methods are constructed and tested with different configurations. In the end, the measured results are examined with the estimated uncertainties from the theory, the detector response and modeling as well as the statistics. This is the first measurement of the top polarization with the ATLAS detector. The results are compatible with the SM predictions and contribute signicantly to constrain the anomalous couplings in the Wtb vertex

Le modèle standard de la physique des particules, bien qu'étant une réussite incontestable n'explique toujours pas certaines observations, ce qui pourrais indiquer la présence d'une nouvelle physique. L'expérience ATLAS cherche à mettre en évidence ces nouveaux phénomènes en analysant les collisions de protons du LHC.Le prérequis pour toute analyse est d'avoir des données de bonne qualité. La première partie de cette thèse présente donc une étude sur les bouffées de bruit cohérent présentes dans les calorimètres à argon liquide d'ATLAS. Ce bruit a été traité pour garder un haut niveau de qualité des données.La deuxième partie de cette thèse se place dans le cadre de la recherche de nouvelle physique. Une résonance est cherchée dans le spectre en masse invariante des paires de quarks top. L'étude se concentre sur le cas des quarks top boostés se désintégrant de manière électronique. Cette topologie n'ayant jusqu'à présent pas été optimisée par la collaboration ATLAS, le travail de cette thèse a consisté à définir et développer une nouvelle méthode appelée "electron-in-jet removal" permettant d'améliorer la reconstruction des quarks top dans un tel régime.Cette méthode donne accès à des électrons qui auparavant étaient rejetés. Il faut donc mesurer les facteurs correctifs à appliquer pour corriger les imperfections de la simulation de ces électrons. Des mesures préliminaires de facteurs d'échelle d'identification sur les électrons se trouvant dans un jets ont ainsi été menées. Deux méthodes sont présentées ainsi qu'une réflexion sur les perspectives à apporter à ces mesures. / The standard model of particle physics is a very predictive theory, but it still fails to explain some observations and so leads to the idea of the existence of new physics. To discover it experimentally, the ATLAS collaboration analyses the proton-proton collisions provided by the LHC.Analyses need data of good quality. Hence, the first part of this document describes a work to characterize the coherent noise bursts observed in the liquid argon calorimeters of the ATLAS experiment. Such noise has been studied and cured to ensure a high level of data quality.The second part of this thesis takes place in the context of a new physics search using top quark pairs. This study is focused on the case where boosted top quarks decay electronically. The reconstruction of top quarks in such cases was never optimized by the ATLAS collaboration. Therefore this study has lead to the definition and implementation of a new method called "electron-in-jet removal" improving significantly the top quark reconstruction in such topologies.This new method gives access to electrons that were previously removed. The correction factor applied to correct the imperfections of the simulation should then be computed for those electrons. Some preliminary measurements have been performed for the cases where the electron is within a jet. Two methods are presented as well as thoughts about future implementations.

O principal objetivo de experimentos envolvendo colisões de íons pesados relativísticos é estudar a matéria nuclear sob condições extremas de temperatura e densidade. Sob tais condições, acredita-se que a matéria transite para um novo estado no qual quarks e glúons deixem de estar confinados, o plasma de quarks e glúons (PQG). A produção de partículas estranhas é uma importante ferramenta para a caracterização desse novo estado. O aumento da produção dessas partículas já era considerado como sendo um possível sinal para a existência do plasma de quarks e glúons mesmo antes da obtenção dos primeiros resultados experimentais do RHIC. Nesse trabalho, é feita a determinação da produção das partículas estranhas neutras K0s , e em colisões Cu+Cu ap sNN = 62:4 GeV, utilizando o intervalo de rapidez y < j0:75j. Em seguida, esses dados são comparados a modelos teóricos (estatístico -termodinâmicos, coalescência e core-corona) para entender o processo de produção dessas partículas em colisões de íons pesados relativísticos. / The main goal of relativistic heavy ion collisions is to study nuclear matter under extreme conditions of temperature and density. It is under these conditions that it is believed that a phase transition to a new state of matter where quarks and gluons are no loger conned takes place, the so called Quarks and Gluon Plasma. Strange particle production is an important tool for the characterization of this new state of matter. Strangeness enhancement was considered as a possible evidence for the formation QGP even before the rst RHIC experimental results. In this thesis, it is determined a production of neutral strange particles K0 s and in Cu+Cu collisions at p sNN = 62:4 GeV, using a rapidity range y < j0:75j. These data are compared to theoretical models (statistical-thermodynamic, coalescence and core-corona) in order to understand the hadronization process in relativistic heavy ions collisions.

A correspondência AdS/CFT é uma notável ferramenta no estudo de teorias de gauge fortemente acopladas que podem ser mapeadas em uma descrição gravitacional dual fracamente acoplada. A correspondência é melhor entendida no limite em que ambos $N$ e $\\lambda$, o rank do grupo de gauge e o acoplamento de \'t Hooft da teoria de gauge, respectivamente, são infinitos. Levar em consideração interações com termos de curvatura de ordem superior nos permite considerar correções de $\\lambda$ finito. Por exemplo, a primeira correção de acoplamento finito para supergravidade tipo IIB surge como um termo de curvatura com forma esquemática $\\alpha\'^3 R^4$. Neste trabalho investigamos correções de curvatura no contexto da gravidade de Lovelock, que é um cenário simples para investigar tais correções pois as suas equações de movimento ainda são de segunda ordem em derivadas. Esse cenário também é particularmente interessante do ponto de vista da correspondência AdS/CFT devido a sua grande classe de soluções de buracos negros assintoticamente AdS. Consideramos um sistema de gravidade AdS-axion-dilaton em cinco dimensões com um termo de Gauss-Bonnet e encontramos uma solução das equações de movimento, o que corresponde a uma black brane exibindo uma anisotropia espacial, onde a fonte da anisotropia é um campo escalar linear em uma das coordenadas espaciais. Estudamos suas propriedades termodinâmicas e realizamos a renormalização holográfica usando o método de Hamilton-Jacobi. Finalmente, usamos a solução obtida como dual gravitacional de um plasma anisotrópico fortemente acoplado com duas cargas centrais independentes, $a eq c$. Calculamos vários observáveis relevantes para o estudo do plasma, a saber, a viscosidade de cisalhamento sobre densidade de entropia, a força de arrasto, o parâmetro de jet quenching, o potencial entre um par quark-antiquark e a taxa de produção de fótons. / The AdS/CFT correspondence is a remarkable tool in the study of strongly coupled gauge theories which can be mapped to a dual, weakly coupled gravitational description. The correspondence is best understood in the limit in which both $N$ and $\\lambda$, the rank of the gauge group and the \'t Hooft coupling of the gauge theory, respectively, are infinite. Accounting for higher curvature interactions allows one to begin to consider finite $\\lambda$. For example, the leading finite coupling corrections to type IIB supergravity arise as stringy corrections with schematic form $\\alpha\'^3 R^4$. In this work we investigate higher curvature corrections in a simpler scenario, the Lovelock gravity. Lovelock gravity is a nice framework to investigate such corrections since its equations of motion are still second order in derivatives and is particularly interesting from the point of view of the AdS/CFT correspondence because a large class of asymptotically AdS black holes solutions are known. We consider five-dimensional AdS-axion-dilaton gravity with a Gauss-Bonnet term and find a solution of the equations of motion which corresponds to a black brane exhibiting a spatial anisotropy, with the source of the anisotropy being an axion field linear in one of the spatial coordinates. We study its thermodynamics and we carry out the holographic renormalization using the Hamilton-Jacobi approach. Finally, we use the solution as a gravity dual to a strongly coupled anisotropic plasma with two independent central charges, $a eq c$. We compute several observables relevant to the study of the plasma, namely, the shear viscosity over entropy density ratio, the drag force, the jet quenching parameter, the quarkonium potential and the thermal photon production.

Découvert en 1995 à Fermilab, le quark top est le dernier quark découvert. La mesure de ses propriétés permet de tester les prédictions du Modèle Standard et de contraindre la masse du boson de Higgs. De par ses propriétés, le quark top est aussi un partenaire privilégié dans la recherche de particules de Nouvelle Physique attendues à l'échelle du TeV. Ce travail de thèse, effectué auprès du détecteur ATLAS au LHC, présente les méthodes mises en oeuvre afin de mesurer la masse du quark top dans sa désintégration semileptonique. Différentes méthodes de reconstruction des évènements top sont présentées ainsi qu'une analyse dédiée basée sur les arbres de décision boostés. Ses performances sont quantifiées. La mesure précise de la masse du quark top nécessite une compréhension approfondie de l'échelle en énergie des jets. Deux stratégies sont présentées afin de calibrer les jets légers et les jets issus de quark b à l'échelle partonique. Les performances d'un ajustement cinématique appliqué à la mesure de la masse du quark top sont présentées. Une mesure de la masse du quark top est extraite en utilisant une définition de la masse calibrée à l'échelle partonique. / Discovered in 1995 at Fermilab, top quark is the last quark discovered. The measurement of its properties allows to test Standard Model predictions and to constraint Higgs boson mass. Due to its properties, the top quark is a privileged partner in the search for New Physics particles expected around TeV scale. This thesis, performed using the ATLAS detector at LHC, describes the different methods developed in order to measure precisely the top quark mass in its semileptonic decay. Two reconstruction methods are presented as well as a dedicated one based on Boosted Decision Trees. Its performances are quantified The precise measurement of the top quark mass needs a deep understanding of the jet energy scale. This thesis presents two strategies to calibrate light and b jets to the partonic scale. The performance of a kinematical fit applied to top mass measurement are presented. A precise measurement of the top quark mass is done using a calibrated scale to the partonic level.

L’expérience ALICE au CERN examine l’état de la matière QCD chaude et dense créée lors de collisions d’ions lourds ultra-relativistes - le plasma de Quark Gluon (QGP). En raison de sa courte durée de vie, le QGP ne peut être étudié que via ses signatures.La suppression de J/ψ a été proposée comme preuve de la formation du milieu déconfiné.Néanmoins, il est devenu évident que la réalité est bien plus complexe, car il existe d’autres mécanismes concurrents qui affectent la production de J/ψ . Pour comprendre quels effets agissant sur la production de J/ψ dans les collisions noyau-noyau résultent véritablement de la présence du QGP, ALICE étudie également la production de J/ψ en collisions pp et p–Pb. Le QGP ne devrait pas se former dans ces systèmes. De plus, les mesures de la production de J/ψ dans les collisions p–Pb peuvent révéler des informations sur les effets provenant de la liaison des nucléons dans le noyau, appelés effets de la matière nucléaire froide (CNM). L’objectif de cette thèse est d’étudier la production de J/ψ à rapidité vers l’avant avec le spectromètre à muons ALICE. La section efficace de production J/ψ inclusive dans les collisions pp à √s = 5.02 TeV,et sa dépendance en pT et en rapidité, ont été examinées et comparées à des calculs théoriques ainsi qu’ à des mesures à d’autres énergies du LHC. Les données sont bien décrites par la somme des calculs de pQCD pour les J/ψ prompts et de FONLL pour les J/ψ non-prompts. La production différentielle en multiplicité des J/ψ a été étudiée dans les collisions p–Pb et Pb–p à √sNN = 8,16 TeV, ainsi que le moment transvers moyen. La mesure montre un comportement dépendant de la rapidité pour les taux de production relatifs des J/ψ . Le moment transvers moyen des J/ψ est par contre identique dans les deux intervalles de rapidité mesurés. La nouvelle analyse a augmenté la précision et étendu la mesure à des multiplicités plus élevées par rapport à la mesure précédente à √sNN = 5,02 TeV. Nous constatons que les taux de production relatifs et le <pti> relatif sont indépendants de l’énergie du centre de masse. / The ALICE experiment at CERN probesthe state of hot and dense QCD matter created in ultrarelativisticheavy ion collisions - the Quark GluonPlasma (QGP). Due to its short lifetime, the QGP canbe studied only via its signatures. The suppression ofJ/ ψ was proposed as a proof of formation of the deconfinedmedium. Nevertheless, it became clear thatthe real picture is far more complex as there are othercompeting mechanisms affecting the J/ ψ production.To understand which effects acting on the J/ productionin nucleus-nucleus collisions truly stem fromthe presence of the QGP, ALICE also studies the productionof J/ψ in pp and p–Pb collisions. The QGP isexpected not to form in these systems. Furthermore,measurements of the J/ ψ production in p–Pb collisionscan unveil information on the effects originatingfrom the binding of the nucleons in the nucleus, referredto as the cold nuclear matter effects (CNM).The objective of this thesis is to study the productionof J/ ψ at forward rapidity with the ALICE Muon Spectrometer.The inclusive J/ ψ production cross sectionin pp collisions at √s = 5.02 TeV, and its dependenceon pT and rapidity, were examined and compared withtheoretical calculations as well as measurement atother LHC energies. The data are well described bya sum of pQCD calculations for prompt and FONLLcalculations for non-prompt contribution. The multiplicitydifferential J/ ψ production was studied in p–Pband Pb–p collisions at √sNN = 8.16 TeV, as well asits mean transverse momentum. The measurementshows a rapidity dependent behaviour of relative J/ ψ yields. The J/ ψ mean transverse momentum on theother hand is identical in the two measured rapidityintervals. The new analysis increased the precisionand extended the measurement to higher multiplicitiescompared to previous measurement at √sNN =5.02 TeV. We find that both relative yields and relative<pti> are independent of centre-of-mass energy.

Une recherche du boson de Higgs du Modèle Standard produit en association avec un boson W ou Z et se désintégrant en une paire quark-antiquark b a été effectuée avec le détecteur ATLAS. Les données de collisions proton-proton utilisées ont été accumulées durant le Run 2 du Grand Collisionneur de Hadrons du CERN à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV, et correspondent à une luminosité intégrée de 79.8 fb⁻¹. Trois canaux contenant zéro, un ou deux leptons chargés (électrons ou muons) sont considérés, correspondant à chacune des désintégrations leptoniques d'un boson W ou Z: Z->vv, W->lv et Z->ll. Pour un boson de Higgs de masse 125 GeV, un excès d'événements par rapport aux bruits de fonds des autres processus du Modèle Standard est observé avec un niveau de signification statistique de 4.9 déviations standard, à comparer à 4.3 attendues. Le rapport du nombre d'événements observé au nombre attendu est mesuré être 1.16 +0.27/-0.25 = 1.16 +/-0.16(stat) +0.21/-0.19(syst). Ce résultat est combiné avec d'autres d'ATLAS sur la recherche du boson de Higgs se désintégrant dans le mode bbbar, utilisant des données du Run 1 et du Run 2. Le niveau de signification mesuré (attendu) pour ce mode de désintégraion est de 5.4 (5.5) déviations standard, ce qui en constitue la première observation directe. De plus, une combinaison des résultats du Run 2 sur la recherche de la production associée du boson de Higgs et d'un boson W ou Z conduit à un niveau de signification observé (attendu) de 5.3 (4.8) déviations standard, et donc à la première observation de ce mode de production. / A search for the Standard Model Higgs boson produced in association with a W or Z boson, and decaying to a bb pair has been performed with ATLAS detector. The data were collected in proton-proton collisions during Run 2 of the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of 13 TeV, and correspond to an integrated luminosity of 79.8 fb⁻¹. Three channels containing zero, one and two charged leptons (electrons or muons) have been considered to target each of the leptonic decays of the W or Z boson, Z->vv, W->lv et Z->ll, referred to as as the 0-lepton, 1-lepton and 2-lepton channels, respectively. For a Higgs boson mass of 125 GeV, an excess of events over the expected background from other Standard Model processes is found with an observed significance of 4.9 standard deviations, compared to an expectation of 4.3 standard deviations. The ratio of the measured signal events to the Standard Model expectation equal 1.16 +0.27/-0.25 = 1.16 +/-0.16(stat) +0.21/-0.19(syst). The result is also combined with the other results from the searches for the Higgs boson in the bb 18 decay mode in Run 1 and Run 2, the combination yields an observed (expected) significance of 5.4 (5.5) 20 standard deviations, and therefore provides a direct observation of the Higgs boson decay into a bb pair. In addition, a combination of Run 2 results searching for the Higgs boson produced in association with a W or Z boson yields an observed (expected) significance of 5.3 (4.8) standard deviations, and therefore provides a direct observation of Higgs boson being produced in association with a W or Z boson.

This thesis presents a Monte Carlo study of neutral Higgs bosons of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) decaying into muons at the Atlas experiment at the CERN Large Hadron Collider. Signal and background processes are simulated using novel Monte Carlo generators that incorporate parts of higher order corrections and are expected to give a more accurate prediction than previous programs. The SHERPA Monte Carlo generator is validated for its use in the analysis and compared to results obtained with other programs. Where possible, the Monte Carlo event samples are normalized to higher order calculations. To increase the available Monte Carlo statistics, this study is based on the ATLAS fast detector simulation ATLFAST. Differences between ATLFAST and the detailed detector simulation of ATLAS are examined, and, where possible, correction procedures are devised. A cut based analysis is performed assuming an integrated luminosity of 30 inverse femtobarns, and optimized with respect to the discovery potential for MSSM Higgs bosons. The systematic uncertainties of the event selection and the Monte Carlo predictions are estimated. A method that can be used to estimate the background from data is presented and evaluated. Last, the discovery potential of the \Atlas experiment in the CP conserving benchmark scenarios of the MSSM is evaluated. One or more of the neutral Higgs bosons of the MSSM can be discovered in the muonic decay mode using 30 inverse femtobarns of data for low masses of the pseudoscalar boson A, if the model parameter tan(beta) is at least 20. For higher masses of the A, tan(beta) would need to be significantly higher to ensure a discovery in the studied decay channel. The sensitivity of ATLAS to MSSM Higgs bosons is multiple times larger than the one of previous and currently running experiments. / Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Monte Carlo Studie zu neutralen Higgs-Bosonen des Minimal Supersymmetrischen Standardmodells (MSSM) im myonischen Zerfallskanal am Atlas Experiment am Large Hadron Collider des CERN. Signal- und Untergrundprozesse werden mit neuartigen Monte Carlo Ereignisgeneratoren simuliert, die Teile der Korrekturen höherer Ordnung beinhalten, und von denen eine verbesserte Vorhersage erwartet wird im Vergleich zu herkömmlichen Programmen. Der SHERPA Monte Carlo Ereignisgenerator wird auf seine Brauchbarkeit für die Analyse überprüft und mit Ergebnissen anderer Programme verglichen. Sofern möglich werden die erstellten Monte Carlo Datensätze mittels Rechnungen zu höheren Ordnungen normiert. Um eine hinreichend große Statistik von simulierten Daten zu erhalten, wird die schnelle Detektorsimulation des ATLAS Detektors ATLFAST verwendet. Unterschiede zwischen der vollständigen Detektorsimulation und ATLFAST werden untersucht, und sofern möglich, Korrekturverfahren entwickelt. Eine schnittbasierte Analyse wird durchgeführt unter der Annahme einer integrierten Luminosität von 30 inversen femtobarn und optimiert mit Hinblick auf das Entdeckungspotenzial für MSSM Higgs-Bosonen. Die systematischen Unsicherheiten der Ereignisauswahl und der Monte Carlo-Vorhersagen werden abgeschätzt. Eine Methode zur Messung des Untergrundes in Daten wird vorgestellt und überprüft. Schliesslich wird das Entdeckungspotenzial des ATLAS Experiments in Vergleichspunkten für CP erhaltende Szenarien des MSSM ermittelt. F\ür niedrige Massen des pseudoskalaren Higgs-Bosons A kann mindestens eines der neutralen Higgs-Bosonen des MSSM im myonischen Zerfallskanal entdeckt werden, sofern der Modellparameter tan(beta) mindestens 20 ist. Für hohe Massen des A muss ein wesentlich größeres tan(beta) in der Natur realisiert sein, um eine Entdeckung im untersuchten Zerfallskanal zu ermöglichen. Die Sensitivität von ATLAS auf Higgs-Bosonen des MSSM ist um ein Vielfaches höher als diejenige bisheriger oder momentan laufender Experimente.

Diese Doktorarbeit behandelt die Messung des Wirkungsquerschnittes der Paarbildung von Top-Quarks mit zusätzlichen B-Jets (Teilchenschauer aus der Fragmentierung von B-Quarks) in Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von √s =13 TeV am Large Hadron Collider. Der Datensatz wurde 2015/16 mit dem ATLAS-Detektor aufgezeichnet und entspricht einer integrierten Luminosität von 36,1/fb. Die Wirkungsquerschnitte werden auf Teilchenebene in einem fiduziellen Phasenraum gemessen, der dicht an der Detektorakzeptanz gewählt wurde. Die fiduziellen inklusiven Wirkungsquerschnitte für tt-Endzustände mit mindestens einem oder mindestens zwei zusätzlichen B-Jet(s) nach Abzug der Beiträge von ttH(bb) und ttZ(bb) werden als 177 ± 5(stat) ± 24(syst) fb bzw. 25 ± 3(stat) ± 7(syst) fb bestimmt. Die Messungen werden mit dem neusten Stand von unterschiedlichen theoretischen Vorhersagen verglichen. Im Allgemeinen sind die gemessenen inklusiven, fiduziellen Wirkungsquerschnitte größer als die ttbb-Vorhersagen von verschiedenen NLO-Berechnungen des mit Partonschauern abgeglichenen tt-Matrixelements, bleiben aber im Rahmen der Messunsicherheit. Die Unsicherheiten der experimentellen Messung sind kleiner als die Unsicherheiten der Vorhersagen. Die differenzielle Messung von tt+B-Jets wird mit dieser Analyse zum ersten Mal innerhalb der ATLAS-Kollaboration durchgeführt. Die normalisierten differenziellen Wirkungsquerschnitte werden als Funktion der Multiplizität der B-Jets, kinematischen Ereignisobservablen und Observablen der Objekte in den Endzuständen dargestellt. Die beobachteten differenziellen Verteilungen werden mit einer Vielzahl an theoretischen Vorhersagen verglichen und eine gute Übereinstimmung mit den Daten für die meisten festgestellt. / This thesis presents the cross-section measurement of top quark pair (tt) production in association with additional b-jets (tt+b-jets) in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy, √s = 13 TeV at the Large Hadron Collider. The analysis is performed in the emu decay channel of tt using a dataset comprising an integrated luminosity of 36.1/fb collected by the ATLAS detector in the years 2015 and 2016. The cross-sections are measured at particle level in a fiducial phase space which is chosen close to the detector acceptance. The fiducial inclusive cross-section for tt final states with at least one and at least two additional b-jet(s) is measured to be 177 ± 5(stat) ± 24(syst) fb and 25 ± 3(stat) ± 7(syst) fb, respectively, after subtracting the contributions from ttH(bb) and ttZ(bb). Comparison of the measured cross-section to various state-of-the-art theoretical QCD predictions are made. The measured inclusive fiducial cross-sections generally exceed the ttbb predictions from various NLO matrix element calculations matched to a parton shower but are compatible within the uncertainties. The experimental uncertainties in the measurement are smaller than the uncertainties in the predictions. The differential measurement of tt+b-jets is carried out for the first time by the ATLAS collaboration in this analysis. The normalised differential cross-sections as a function of b-jet multiplicity, kinematic observables of the events and properties of b-jet pairs are shown. The observed differential distributions are compared with multitude of theoretical predictions and a good agreement with data is found for most of them.

Diese Arbeit beschreibt die Suche nach assoziierter Produktion eines Higgsbosons und eines Top-Quark Paares in Proton-Proton Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV. Für diese Analyse wurden Ereignisse analysiert, die exakt zwei Leptonen mit gleichem Ladungsvorzeichen oder exakt drei Leptonen enthalten und daher auf die Higgs Zerfallsmoden in H->WW, H->ZZ und H->tautau sensitiv sind. Die Daten wurden mit dem ATLAS Detektor am Large Hadron Collider (LHC) in den Jahren 2015-17 aufgezeichnet. Der grösste Untergrund in beiden Kanälen stammt aus assoziierter Produktion von Vektorbosonen mit einem Top-Quark Paar (ttW und tt(Z/gamma)), Dibosonproduktion und Ereignisse, die Photonen und Hadronen, die fehlerhaft als Leptonen identifiziert wurden, erhalten oder Leptonen, die aus Zerfällen von Hadronen stammen. Der Leptonuntergrund wurde mit einer neuen Methode abgeschätzt, die auf separaten Kategorien für jeden Produktionsmodus des Leptonuntergrundes basiert. Der Beitrag jeder Kategorie wird in verschiedenen Kontrollregionen aus dem Vergleich von Daten mit der Simulation bestimmt. Das Verhältnis des gemessenen ttH Wirkungsquerschnitts zu der Vorhersage des Standardmodells und die Normierungsfaktoren des Untergrundes werden gleichzeitig in einem Profile-Likelihood-Fit bestimmt. Das Verhältnis des gemessenen zum erwarteten ttH Wirkungsquerschnitts, unter der Annahme einer Higgsbosonmasse von 125 GeV, wurde zu 0.88(+0.54/-0.51) mit einer beobachteten (erwarteten) Signifikanz von 1.80 (2.52) Standardabweichungen gemessen. Das entspricht einem geschätzten Wirkungsquerschnitt für die ttH Produktion von 446(+241/-227) fb, in Übereinstimmung mit der Standardmodellvorhersage von 507(+35/-50) fb. / This thesis describes the search for the associated production of a Higgs boson and a top-quark pair in proton-proton collisions with a center-of-mass energy of 13 TeV. The analysis focuses on events containing two leptons with same-sing electric charge or exactly three leptons in the final state. With these requirements, the analysis is sensitive to the H->WW, H->ZZ and H->tautau Higgs decay modes. The used data was recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider (LHC) during the 2015-17 period. The primary sources of background were found to be ttW, tt(Z/gamma), Diboson processes and events containing fake or non-prompt leptons coming from hadron decays, photon conversions and electron charge mis-identification. The estimation of the hadron decay and photon conversion fake backgrounds was performed using a novel semi-data driven technique where Monte Carlo background categories are created for each fake process of interest. A profile likelihood fit to data is then used to extract a normalization factor for each fake category, which are used to correct the Monte Carlo predictions. The ratio of the measured ttH signal cross-section to the Standard Model expectations and a normalization factor for the ttW process are extracted simultaneously from the same fit. The measured to expected cross-section ratio for a Standard Model Higgs boson of mass 125 GeV was found to be 0.88(+0.54/-0.51) with an observed (expected) significance of 1.80 (2.52) standard deviations. This corresponds to an estimated ttH cross-section of 446(+241/-227) fb, in agreement with the Standard Model prediction of 507(+35/-50) fb.