Strahlungskorrekturen zur Hadronproduktion bei niedrigen Energien, wie man sie an den e+e- -Beschleunigern DAFNE und VEPP-2M misst, werden untersucht. Ziel dieser Arbeit ist es, die von QED--Korrekturen befreiten hadronischen Wirkungsquerschnitte aus den hadronischen Daten mit einer Praezision auf Promille-Niveau zu extrahieren. Hadronische Praezisionsdaten werden benoetigt, um den theoretischen Fehler zur laufenden Feinstrukturkonstanten alpha(s) und zum anomalen magnetischen Moment des Myons a(mu) zu senken und sie stellen daher einen Schluessel zur moeglichen Entdeckung ``neuer Physik'' dar. Insbesondere die Paarproduktion geladener Pionen e+e- -> pi+ pi- unterhalb einer Energie von 1 GeV ist von grosser Wichtigkeit. Zu diesem Prozess werden die vollstaendigen O(alpha)-QED-Korrekturen zum Anfangszustand, Endzustand sowie die Interferenzkorrekturen berechnet. Analytische Formeln zu den virtuellen und reellen photonischen Korrekturen werden angegeben. Der totale Wirkungsquerschnitt sigma, die Pion-Winkelverteilung dsigma/dcos(theta) und die Invariantemasseverteilung des Pionpaars dsigma/ds' werden fuer den Fall realistischer kinematischer Schnitte untersucht. Es wird gezeigt, dass zusaetzlich zu den vollstaendigen O(alpha)-Korrekturen zusaetzlich die photonischen Anfangszustandskorrekturen der Ordnung O(alpha^2) und fuehrende Photonbeitraege der Ordnung O(alpha^3) sowie Beitraege zur e+ e- -Paarabstrahlung vom Anfangszustand beruecksichtigt werden muessen wenn mindestens eine Genauigkeit auf Prozent-Niveau verlangt wird. Fuer die Datenanalyse wird der Schwerpunkt auf eine inklusive Behandlung aller Photonen gelegt. Die Messung sowohl des totalen Wirkungsquerschnitts als auch der pi+ pi- Invariantemasseverteilung betreffend wird der theoretische Fehler dieser Behandlung der Strahlungskorrekturen mit 2 Promille abgeschaetzt. Ausserdem wird die Modellunsicherheit als Folge der Pion-Substruktur diskutiert. Um den Formfaktor mit der gewuenschten Praezision aus den experimentellen Daten extrahieren zu koennen, wurde ein auf diese Fragestellung zugeschnittenes Fortran-Programm geschrieben, welches die Beruecksichtigung realistischer kinematischer Schnitte erlaubt. Insgesamt erfuellt die Genauigkeit der theoretischen Vorhersagen die Erfordernisse der Niedrigenergie- e+ e- -Experimente wie diejenigen bei DAFNE oder VEPP-2M. / Radiative corrections to low energy hadron production as measured at the e+ e- colliders DAFNE and VEPP-2M are investigated. The goal of this work is to provide the theoretical condition for extracting hadronic cross sections undressed from QED corrections from the measured data with a precision of per mill level. High precision hadronic data are required to reduce the theoretical error of the running fine structure constant alpha(s) and the muon anomalous magnetic moment a(mu) and therefore represent a key to a possible discovery of ``new physics''. Especially the channel of charged pion pair production e+e- -> pi+ pi- below 1 GeV appears to be of great importance. To this process the complete O(alpha) QED initial state, final state and initial-final state interference corrections are calculated. Analytic formulae are given for the virtual and for the real photon corrections. The total cross section sigma, the pion angular distribution dsigma/dcos(theta) and the pi+ pi- invariant mass distribution dsigma/ds' are investigated in the regime of experimentally realistic kinematical cuts. It is shown that in addition to the full O(alpha) corrections also the O(alpha^2) and leading log O(alpha^3) photonic corrections as well as the contributions from IS e+ e- pair production have to be taken into account if at least per cent accuracy is required. For the data analysis I focus on an inclusive treatment of all photons. The theoretical error concerning this treatment of radiative corrections is then estimated to be 2 per mill for both the measurement of the total cross section and the pi+ pi- invariant mass distribution. In addition the model uncertainty due to the pion substructure is discussed. To be able to extract the pion form factor from the experimental data with the desired accuracy a dedicated Fortran program was written which allows to take into account experimentally realistic kinematical cuts. Altogether the precision of the theoretical prediction matches the requirements of low energy e+ e- experiments like the ones at DAFNE and VEPP-2M.

The branching fraction for B -> rho e nu decays and the CKM matrix element |Vub| is measured with semileptonic exclusive B-meson decays using approximately 55 million Upsilon(4S) -> BBbar decays collected during the years 2000 and 2001 with the BABAR detector. The result is Br(B0 -> rho- e+ nu) = (3.39 +- 0.44 +- 0.52 +- 0.60) x 10^-4, and |Vub| = (3.69 +- 0.23 +- 0.27 +0.40-0.59) x 10^-3. The quoted errors are statistical, systematic, and theoretical respectively. These are combined results obtained using five different form-factor models. Individual results are also quoted. / Das Verzweigungsverhältnis B -> rho e nu und das CKM Matrix Element |Vub| werden mittels semileptonischer exklusiver B Mesonen Zerfälle gemessen. Die Daten wurden in den Jahren 2000 und 2001 mit dem BABAR Dektektor aufgezeichnet und ensprechen ungefähr 55 Millionen Upsilon(4S) -> BBbar Zerfällen. Das Ergebnis ist Br(B0 -> rho- e+ nu) = (3.39 +- 0.44 +- 0.52 +- 0.60) x 10^-4 und |Vub| = (3.69 +- 0.23 +- 0.27 +0.40-0.59) x 10^-3. Die angegebenen Fehler sind statistisch, systematisch und theoretisch. Dieses Ergebnis ist eine Kombination von Ergebnissen fünf verschiedener Form-Faktor Modelle. Die Ergebnisse werden auch für jedes Modell einzeln angegeben.

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 dieser Arbeit werden einige zukünftige Aspekte der Higgs-Messungen ein Jahrzehnt nach seiner Entdeckung untersucht, wobei der Schwerpunkt auf dem Potenzial für zukünftige Läufe des Large Hadron Collider (LHC) liegt. Insbesondere sollen anspruchsvolle Kopplungen des Higgs, wie seine Selbstkopplung und die Wechselwirkung mit leichten Quarks, untersucht werden. Der erste Teil gibt einen Überblick über die Higgs-Physik innerhalb der effektiven Feldtheorie des Standardmodells (SMEFT). Der zweite Teil befasst sich mit der Single-Higgs-Produktion, beginnend mit einer Zweischleifenberechnung der Gluonenfusionskomponente von Zh, um deren theoretische Unsicherheiten zu reduzieren. Dann wird das Potenzial für die Einschränkung der trilinearen Higgs-Selbstkopplung aus Einzel-Higgs-Raten erneut untersucht, indem ebenso schwach eingeschränkte Vier-Schwer-Quark-Operatoren einbezogen werden, die bei der nächsthöheren Ordnung in die Einzel-Higgs-Raten eingehen. Diese Operatoren korrelieren in hohem Maße mit der trilinearen Selbstkopplung, was sich auf die Anpassungen auswirkt, die für diese Kopplung anhand von Einzel-Higgs-Daten vorgenommen wurden. Der dritte Teil konzentriert sich auf die Higgs-Paarproduktion, einen wesentlichen Prozess zur Messung der Higgs-Selbstkopplung, und setzt eine multivariate Analyse ein, um ihr Potenzial zur Untersuchung der leichten Yukawa-Kopplungen zu untersuchen; dadurch wird die Empfindlichkeit der Higgs-Paarproduktion für die leichten Quark-Yukawa-Wechselwirkungen erforscht. Schließlich werden im vierten Teil einige Modelle vorgestellt, die darauf abzielen, die jüngsten Flavour-Anomalien im Lichte einer globalen SMEFT-Bayesian-Analyse zu erklären, die Flavour- und elektroschwache Präzisionsmessungen kombiniert. / This thesis investigates some future aspects of Higgs measurements a decade after its discovery, focusing on the potential for future runs of the Large Hadron Collider (LHC). In particular, it aims to probe challenging couplings of the Higgs like its self-coupling and interaction with light quarks. The first part provides an overview of Higgs physics within the Standard Model Effective Field theory (SMEFT). The second part is about single-Higgs production, starting with a two-loop calculation of the gluon fusion component of Zh to reduce its theoretical uncertainties. Then, the potential for constraining the Higgs trilinear self-coupling from single Higgs rates is revisited; by including equally weaklyconstrained four-heavy-quark operators entering at the next-to-leading order in single Higgs rates. These operators highly correlate with the trilinear self-coupling, thus affecting the fits made on this coupling from single Higgs data. The third part focuses on the Higgs pair production, an essential process for measuring Higgs-self coupling, employing multivariate analysis to study its potential for probing light Yukawa couplings; thereby exploring the sensitivity of Higgs pair production for the light-quark Yukawa interactions. Finally, the fourth part showcases some models aiming to explain the recent flavour anomalies in the light of a global SMEFT Bayesian analysis combining flavour and electroweak precision measurements.

Particle physics deals with the elementary constituents of our universe and their interactions. The electroweak symmetry breaking mechanism in the Standard Model of Particle Physics is of paramount importance and it plays a central role in the physics programmes of current high-energy physics experiments at the Large Hadron Collider. The study of scattering processes of massive electroweak gauge bosons provides an approach complementary to the precise measurement of the properties of the recently discovered Higgs boson. Owing to the unprecedented energies achieved in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider and the large amount of data collected, experimental studies of these processes become feasible for the first time. Especially the scattering of two W± bosons of identical electric charge is considered a promising process for an initial study due to its distinct experimental signature. In the course of this work, 20.3 fb−1 of proton-proton collision data recorded by the ATLAS detector at a centre-of-mass energy of √s = 8 TeV are analysed. An analysis of the production of two W± bosons of identical electric charge in association with two jets, pp → W ± W ± jj, is conducted in the leptonic decay channel of the W± bosons. Thereby, emphasis is put on the development of methods for the estimation of experimental backgrounds as well as on the optimisation of the event selection. As a result of this work, first experimental evidence for the existence of the aforementioned process is established with an observed significance of 4.9. Based on the number of observed events in the selected phase space the extracted fiducial cross section is σ(fid) = (2.3 ± 0.5(stat.) +0.4/−0.3 (sys.)) fb which is in agreement with the prediction of the Standard Model of σ(fid,SM) = (1.6 ± 0.2) fb. Of particular theoretical interest are electroweak contributions to the pp → W ± W ± jj process due to their sensitivity to the nature of the electroweak symmetry breaking mechanism. Criteria for a dedicated event selection are investigated and implemented in the analysis with the goal of enhancing the sensitivity to these contributions. First experimental evidence for the presence of electroweak contributions to the pp → W ± W ± jj process can be claimed with an observed significance of 4.1. The cross section extracted in the selected phase space region is found to be σ(fid) = (1.7 +0.5/−0.4 (stat.) ± 0.3(sys.)) fb which is 1.3 standard deviations above the theoretical prediction of the Standard Model of σ(fid,SM) = (1.0 ± 0.1) fb. A variety of extensions to the Standard Model predict modifications to the electroweak gauge sector. In the context of the electroweak chiral Lagrangian, which serves as an effective approximation of these theories in the energy regime E = 1 − 3 TeV, anomalous contributions to the quartic WWWW gauge coupling can be described by the parameters α4 and α5 . The selection of events is optimised again to enhance the sensitivity to these two parameters. On the basis of the number of events observed in this phase space region, the following one-dimensional confidence intervals at the 95% confidence level are derived: −0.09 ≤ α4 ≤ 0.10 and −0.15 ≤ α5 ≤ 0.15. At present, these limits represent the most stringent constraints on contributions from new physics processes to the quartic WWWW gauge coupling.

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%.:1. Introduction 2. Theoretical Foundations 3. Experimental Setup 4. Event Simulation 5. Muon Reconstruction and Identification 6. Event Selection 7. Signal and Background Modeling 8. Systematic Uncertainties 9. Statistical Methods 10. Results 11. Summary and Outlook / 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 %.:1. Introduction 2. Theoretical Foundations 3. Experimental Setup 4. Event Simulation 5. Muon Reconstruction and Identification 6. Event Selection 7. Signal and Background Modeling 8. Systematic Uncertainties 9. Statistical Methods 10. Results 11. Summary and Outlook

Particle physics deals with the elementary constituents of our universe and their interactions. The electroweak symmetry breaking mechanism in the Standard Model of Particle Physics is of paramount importance and it plays a central role in the physics programmes of current high-energy physics experiments at the Large Hadron Collider. The study of scattering processes of massive electroweak gauge bosons provides an approach complementary to the precise measurement of the properties of the recently discovered Higgs boson. Owing to the unprecedented energies achieved in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider and the large amount of data collected, experimental studies of these processes become feasible for the first time. Especially the scattering of two W± bosons of identical electric charge is considered a promising process for an initial study due to its distinct experimental signature. In the course of this work, 20.3 fb−1 of proton-proton collision data recorded by the ATLAS detector at a centre-of-mass energy of √s = 8 TeV are analysed. An analysis of the production of two W± bosons of identical electric charge in association with two jets, pp → W ± W ± jj, is conducted in the leptonic decay channel of the W± bosons. Thereby, emphasis is put on the development of methods for the estimation of experimental backgrounds as well as on the optimisation of the event selection. As a result of this work, first experimental evidence for the existence of the aforementioned process is established with an observed significance of 4.9. Based on the number of observed events in the selected phase space the extracted fiducial cross section is σ(fid) = (2.3 ± 0.5(stat.) +0.4/−0.3 (sys.)) fb which is in agreement with the prediction of the Standard Model of σ(fid,SM) = (1.6 ± 0.2) fb. Of particular theoretical interest are electroweak contributions to the pp → W ± W ± jj process due to their sensitivity to the nature of the electroweak symmetry breaking mechanism. Criteria for a dedicated event selection are investigated and implemented in the analysis with the goal of enhancing the sensitivity to these contributions. First experimental evidence for the presence of electroweak contributions to the pp → W ± W ± jj process can be claimed with an observed significance of 4.1. The cross section extracted in the selected phase space region is found to be σ(fid) = (1.7 +0.5/−0.4 (stat.) ± 0.3(sys.)) fb which is 1.3 standard deviations above the theoretical prediction of the Standard Model of σ(fid,SM) = (1.0 ± 0.1) fb. A variety of extensions to the Standard Model predict modifications to the electroweak gauge sector. In the context of the electroweak chiral Lagrangian, which serves as an effective approximation of these theories in the energy regime E = 1 − 3 TeV, anomalous contributions to the quartic WWWW gauge coupling can be described by the parameters α4 and α5 . The selection of events is optimised again to enhance the sensitivity to these two parameters. On the basis of the number of events observed in this phase space region, the following one-dimensional confidence intervals at the 95% confidence level are derived: −0.09 ≤ α4 ≤ 0.10 and −0.15 ≤ α5 ≤ 0.15. At present, these limits represent the most stringent constraints on contributions from new physics processes to the quartic WWWW gauge coupling.

The branching fraction for B -> rho e nu decays and the CKM matrix element |Vub| is measured with semileptonic exclusive B-meson decays using approximately 55 million Upsilon(4S) -> BBbar decays collected during the years 2000 and 2001 with the BABAR detector. The result is Br(B0 -> rho- e+ nu) = (3.39 +- 0.44 +- 0.52 +- 0.60) x 10^-4, and |Vub| = (3.69 +- 0.23 +- 0.27 +0.40-0.59) x 10^-3. The quoted errors are statistical, systematic, and theoretical respectively. These are combined results obtained using five different form-factor models. Individual results are also quoted. / Das Verzweigungsverhältnis B -> rho e nu und das CKM Matrix Element |Vub| werden mittels semileptonischer exklusiver B Mesonen Zerfälle gemessen. Die Daten wurden in den Jahren 2000 und 2001 mit dem BABAR Dektektor aufgezeichnet und ensprechen ungefähr 55 Millionen Upsilon(4S) -> BBbar Zerfällen. Das Ergebnis ist Br(B0 -> rho- e+ nu) = (3.39 +- 0.44 +- 0.52 +- 0.60) x 10^-4 und |Vub| = (3.69 +- 0.23 +- 0.27 +0.40-0.59) x 10^-3. Die angegebenen Fehler sind statistisch, systematisch und theoretisch. Dieses Ergebnis ist eine Kombination von Ergebnissen fünf verschiedener Form-Faktor Modelle. Die Ergebnisse werden auch für jedes Modell einzeln angegeben.

Wir studieren die perturbative Quantisierung von Eichtheorien und Gravitation. Unsere Untersuchungen beginnen mit der Geometrie von Raumzeiten und Teilchenfeldern. Danach diskutieren wir die verschiedenen Lagrangedichten in der Kopplung der (effektiven) Quanten-Allgemeinen-Relativitätstheorie zum Standardmodell. Desweiteren studieren wir den zugehörigen BRST-Doppelkomplex von Diffeomorphismen und Eichtransformationen. Danach wenden wir Connes--Kreimer-Renormierungstheorie auf die perturbative Feynmangraph-Entwicklung an: In dieser Formulierung werden Subdivergenzen mittels des Koprodukts einer Hopfalgebra strukturiert und die Renormierungsoperation mittels einer algebraischen Birkhoff-Zerlegung beschrieben. Dafür verallgemeinern und verbessern wir bekannte Koprodukt-Identitäten und ein Theorem von van Suijlekom (2007), das (verallgemeinerte) Eichsymmetrien mit Hopfidealen verbindet. Insbesondere lässt sich unsere Verallgemeinerung auf Gravitation anwenden, wie von Kreimer (2008) vorgeschlagen. Darüberhinaus sind unsere Resultate anwendbar auf Theorien mit mehreren Vertexresuiden, Kopplungskonstanten und ebensolchen mit einer transversalen Struktur. Zusätzlich zeigen wir Kriterien für die Kompatibilität dieser Hopfideale mit Feynmanregeln und dem gewählten Renormierungsschema. Als nächsten Schritt berechnen wir die entsprechenden Gravitations-Materie Feynmanregeln für alle Vertexvalenzen und mit einem allgemeinen Eichparameter. Danach listen wir alle Propagator- und dreivalenten Vertex-Feynmanregeln auf und berechnen die entsprechenden Kürzungsidentitäten. Abschließend stellen wir geplante Folgeprojekte vor: Diese schließen eine Verallgemeinerung von Wigners Klassifikation von Elementarteilchen für linearisierte Gravitation ein, ebenso wie die Darstellung von Kürzungsidentitäten mittels Feynmangraph-Kohomologie und eine Untersuchung der Äquivalenz verschiedener Definitionen des Gravitonfeldes. Insbesondere argumentieren wir, dass das richtige Setup um perturbative BRST-Kohomologie zu studieren eine differentialgraduierte Hopfalgebra ist. / We study the perturbative quantization of gauge theories and gravity. Our investigations start with the geometry of spacetimes and particle fields. Then we discuss the various Lagrange densities of (effective) Quantum General Relativity coupled to the Standard Model. In addition, we study the corresponding BRST double complex of diffeomorphisms and gauge transformations. Next we apply Connes--Kreimer renormalization theory to the perturbative Feynman graph expansion: In this framework subdivergences are organized via the coproduct of a Hopf algebra and the renormalization operation is described as an algebraic Birkhoff decomposition. To this end, we generalize and improve known coproduct identities and a theorem of van Suijlekom (2007) that relates (generalized) gauge symmetries to Hopf ideals. In particular, our generalization applies to gravity, as was suggested by Kreimer (2008). In addition, our results are applicable to theories with multiple vertex residues, coupling constants and such with a transversal structure. Additionally, we also provide criteria for the compatibility of these Hopf ideals with Feynman rules and the chosen renormalization scheme. We proceed by calculating the corresponding gravity-matter Feynman rules for any valence and with a general gauge parameter. Then we display all propagator and three-valent vertex Feynman rules and calculate the respective cancellation identities. Finally, we propose planned follow-up projects: This includes a generalization of Wigner's classification of elementary particles to linearized gravity, the representation of cancellation identities via Feynman graph cohomology and an investigation on the equivalence of different definitions for the graviton field. In particular, we argue that the appropriate setup to study perturbative BRST cohomology is a differential-graded Hopf algebra.

Electroweak gauge bosons as central components of the Standard Model of particle physics are well understood theoretically and have been studied with high precision at past and present collider experiments. The electroweak theory predicts the existence of a scattering process of these particles consisting of contributions from triple and quartic bosonic couplings as well as Higgs boson mediated interactions. These contributions are not separable in a gauge invariant way and are only unitarized in the case of a Higgs boson as it is described by the Standard Model. The process is tied to the electroweak symmetry breaking which introduces the longitudinal modes for the massive electroweak gauge bosons. A study of this interaction is also a direct verification of the local gauge symmetry as one of the fundamental axioms of the Standard Model. With the start of the Large Hadron Collider and after collecting proton-proton collision data with an integrated luminosity of 20.3/fb at a center-of-mass energy of 8 TeV with the ATLAS detector, first-ever evidence for this process could be achieved in the context of this work. A study of leptonically decaying WWjj, same-electric-charge diboson production in association with two jets resulted in an observation of the electroweak WWjj production with same electric charge of the W bosons, inseparably comprising WW->WW electroweak gauge boson scattering contributions, with a significance of 3.6 standard deviations. The measured production cross section is in agreement with the Standard Model prediction. In the course of a study for leptonically decaying WZ productions, methods for background estimation, the extraction of systematic uncertainties and cross section measurements were developed. They were extended and applied to the WZjj final state whereof the purely electroweakly mediated contribution is intrinsically tied to the scattering of all Standard Model electroweak gauge bosons: Wγ->WZ and WZ->WZ. Three charged leptons and a neutrino from the decay of the final state bosons allow inferences about the scattering process. A distinct signature is provided by the two accompanying tagging jets as remnants of the incoming quarks radiating the initial electroweak gauge bosons. The cross section of the electroweak WZjj production was measured to σ(fiducial, observed) = (0.63 +0.32 -0.28 (stat.) +0.41 -0.24 (syst.)) fb and was found to be consistent with the Standard Model prediction at next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics, σ(fiducial, theory) = (0.31 +0.03 -0.05) fb. Unfolded differential cross sections of kinematic variables sensitive to models of new physics were derived. Anomalous quartic electroweak gauge couplings are introduced as dimensionless coupling parameters of additional operators within an effective field theory approach. Constraints on the parameters of operators with dimension eight were set employing a unitarization prescription based on form factors.