No description available.

No description available.

Les modèles SU(2)xSU(2)xU(1) représentent une étape intermédiaire motivée par l'unification des groupes de jauge du Modèle Standard (MS). Un groupe de jauge étendu, par rapport a celui du MS, implique l'existence de nouveaux bosons de jauge, neutres et charges. Ces bosons dénotés Z' et W' sont recherches activement au Large Hadron Collider (LHC). Sur la base d'une analyse globale récente des contraintes sur ces modèles, provenant des expériences a basse énergie et du LEP, nous effectuons une analyse numérique au Leading Order (LO) des différentes signatures au LHC. Nous montrons que les sections efficaces totales pour les leptons et les paires de quarks de troisième génération, expérimentalement facilement accessibles, fournissent individuellement qu'uneinformation partielles sur le modèle réalise dans la nature. En revanche, les corrélations de ces mêmes sections efficaces pourraient bien conduire a une identification unique. Par la suite, nous étudions la production électrofaible d'une paire de quarks top au Next-to-Leading Order dans les extensions du MS prédisant un boson Z' supplémentaire et en supposant des couplages génériqueset diagonaux dans la base des saveurs. Nous calculons les corrections virtuelles et réelles a l'ordre de O(alS*alW^2) et les implémentons dans le générateur d'événements Monte Carlo POWHEG BOX qui permet de réaliser de manière cohérente la fusion du calcul QCD NLO avec les parton showers. Nousconstatons que les corrections QCD NLO peuvent être très importantes, mais que les K-facteurs restent modestes dans la région de masse invariante centrée autour de la masse de la résonance. / General SU(2)x SU(2)x U(1) models represent a well-motivated intermediate step towards the unication of the Standard Model (SM) gauge groups. Extended gauge group sector, as compared to that of the SM, leads to additional neutral and charged gauge bosons. These so-called Z' and W' bosons are actively searched for at the Large Hadron Collider (LHC). Based on a recent global analysis of low-energy and LEP constraints of these models, we perform numerical scans of their various signals at the LHC at Leading Order accuracy. We show that total cross sections for lepton and third-generation quark pairs, while experimentally easily accessible, provide individually only partial information about the model realized in Nature. In contrast, correlations of these cross sections in the neutral and charged current channels may well lead to a unique identification. Subsequently we study the electroweak top-pair production at Next-to-leading Order (NLO) accuracy in the SM extensions with an additional Z' boson assuming general flavour-diagonal couplings. We calculate the virtual and real corrections at order O(alS*alW^2) and implement them in the POWHEG BOX framework which allows for consistent matching of NLO QCD calculations with parton showers. We find that the NLO corrections can be very important but the K-factors in the invariant mass region around the resonance mass are modest.

Die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 bestätigt das Standardmodell als die erfolgreichste Theorie, die die grundlegenden Wechselwirkungen von Elementarteilchen beschreibt. Eine der wichtigen Eigenschaften des Higgs-Bosons ist seine Yukawa-Kopplung an das Top-Quark, die aufgrund der hohen Masse des Quarks im Standardmodell am stärksten ist. Diese Arbeit berichtet über eine Messung der Top-Yukawa-Kopplung mit Daten, die vom ATLAS-Detektor von 2015 bis 2018 bei einem Massenschwerpunkt von 13 TeV aufgezeichnet wurden. Die Kopplung wird in ttH(bb)-Ereignissen untersucht, einem Endzustand, der die Zerfälls-produkte von zwei Top-Quarks enthält und in dem zusätzlich ein Higgs-Boson emittiert wird, welches in Bottom-Quark-Paar zerfällt. Dieser Zerfallskanal des Higgs-Bosons hat das größte Verzweigungsverhältnis, wird jedoch durch die Beschreibung des dominanten Untergrundprozesses ttbb, ein Top-Quark-Paar mit zwei zusätzlichen b-Quarks im Endzustand systematisch beschränkt. Die Messung nutzt die Fähigkeit des ATLAS-Detektors, Jets von einem b-Quark zu identifizieren, um Analysebereiche mit verschiedenen Zusammensetzungen von Signal und Untergrund zu konstruieren. Um das Signal weiter zu separieren, wird eine Reihe von multivariaten Algorithmen verwendet und der ttH-Prozess wird unter Verwendung eines Profile-Likelihood-Fits extrahiert. Die Ergebnisse werden für den Kanal mit einem einzelnen Lepton im Endzustand und für eine Kombination mit dem Dilepton-Kanal gezeigt. Die Untergrundgenauigkeit wird im Detail untersucht, wobei große Fehlmodellierungen festgestellt werden. Das gemessene Verhältnis der ttH-Produktion zur Standardmodell-Vorhersage beträgt mu(ttH) = 0,84+0,45- 0,39 (syst.) +-0,21 (stat.). Das Ergebnis stimmt mit der Vorhersage des Standardmodells überein und entspricht einer beobachteten (erwarteten) Signifikanz von 1,9 sigma (2,3 sigma), eine Verbesserung gegenüber der vorherigen ATLAS-Messung, bei der eine Signifikanz von 1,4sigma (1,6 sigma) ermittelt wurden. / The discovery of the Higgs Boson in 2012 confirms the Standard Model as the most successful theory describing the fundamental interactions of elemental particles. One of the important properties of the Higgs boson is its Yukawa coupling to the top quark, which in the Standard Model is the strongest due to the high mass of the quark. This thesis reports on a measurement of the top-Yukawa coupling with data collected by the ATLAS detector from 2015 to 2018 at 13 TeV center of mass energy. The coupling is studied in ttH(bb) events, a final state containing decay products of two top quarks with additional emission of a Higgs boson, where the Higgs decays into a pair of bottom quarks. This decay channel of the Higgs Boson has the largest branching ratio, but is systematically limited by the description of the dominant background process ttbb, a tt with additional two b quarks in the final state. The measurement takes advantage of the ability of the ATLAS detector to identify jets coming from a b quarks to construct analysis regions with various compositions of the signal and the background. To further separate the signal, a series of multivariate algorithms is employed and the ttH process is then extracted using a profile likelihood fit. The results are shown for the channel with a single lepton in the final state and for a combination with the dilepton channel. The background performance is studied in detail, where large mis-modeling is found. The measured ratio of the ttH production compared to the Standard Model prediction is found to be mu(ttH) = 0.84 +0.45 -0.39 (syst.) +-0.21 (stat.). The result is in agreement with the Standard Model prediction and corresponds to an observed (expected) significance of 1.9 sigma (2.3 sigma), an improvement compared to the previous ATLAS measurement which reported 1.4 sigma (1.6 sigma).

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.

Trotz der zahlreichen astrophysikalisch und kosmologisch überzeugenden Beweise für Dunkle Materie bleibt ihre wahre Natur unbekannt. Eine Motivation für die Suche nach Dunkler Materie am Large Hadron Collider (LHC) und insbesondere mit dem ATLAS-Experiment ist die besonders vielversprechende Möglichkeit, dass Wechselwirkungen zwischen gewöhnlicher Materie und Dunkler Materie durch neue Spin-0-Teilchen vermittelt werden. Solche Teilchen würden das Standardmodell um einen potentiellen Dunklen Sektor erweitern, zu dem die Teilchen der Dunklen Materie gehören. ähnlich wie das Higgs-Boson interagieren diese neuen Mediatoren am stärksten mit den schwersten Teilchen über Kopplungen vom Yukawa-Typ, wodurch sie empfänglicher für die damit verbundene Produktion durch Quarks mit schwerem Flavour werden. Diese Dissertation präsentiert die Ergebnisse der statistischen Kombination von zwei Suchen, die auf die mit Dunkler Materie verbundene Produktion von einem Top-Quark-Paar oder einem einzelnen Top-Quark, jeweils zwei geladenen Leptonen im Endzustand, abzielen. Diese beiden Kanäle weisen komplementäre Eigenschaften auf, und eine Kombination kann die Empfindlichkeit gegenüber Dunkle-Materie-Signalen erheblich verbessern. Diese Kombination wird unter Verwendung von 139 fb-1 pp-Kollisionsdaten durchgeführt, die bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV erzeugt und vom ATLAS-Detektor am LHC aufgezeichnet wurden. Die Ergebnisse der Kombination werden in Bezug auf vereinfachte Modelle für Dunklen Materie mit einem skalaren oder pseudoskalaren Spin-0-Mediator interpretiert. Die statistische Kombination weitet die bei einem Konfidenzniveau von 95% ausgeschlossenen Massen auf bis zu 350 GeV sowohl für skalare als auch für pseudoskalare Mediatoren aus. Die beobachteten Ausschlu{\ss}grenzen des Wirkungsquerschnitts werden für den ska\-laren (pseudoskalaren) Mediator um 20%(30%) gegenüber dem Besten des einzelnen Kanals verbessert. / Despite the multiple astrophysical and cosmological compelling evidences for Dark Matter, its true nature remains unknown. A motivation to dark matter searches at the Large Hadron Collider (LHC), and in particular in the ATLAS experiment, is the especially promising possibility that interactions between ordinary matter and dark matter are mediated by new spin-0 particles. Such particles would extend the Standard Model with a potential dark sector, to which dark matter particles belong. Similarly to the Higgs boson, these new mediators interact strongest with the heaviest particles via Yukawa-type couplings, making them more prone to associated production with heavy-flavour quarks. This thesis presents the results of the statistical combination of two searches targeting dark matter associated production with a top quark pair and a single top quark, targeting two charged leptons in the final state. These two channels present in fact complementary properties and a combination could enhance significantly the sensitivity to dark matter signals. This combination is carried out using 139 fb-1 of pp collision data produced at centre-of-mass of 13 TeV recorded by the ATLAS detector at the LHC. The results of the combination are interpreted in terms of simplified dark matter models with a spin-0 scalar or pseudoscalar mediator particle. The statistical combination extends the exclusion at 95 % Confidence Level (CL) of masses up to 350 GeV for both scalar and pseudoscalar mediators. The observed upper limits on the cross-section are improved up by 20 %(30 %) for scalar(pseudoscalar) mediator with respect to the best of the individual channel.

Diese Dissertation beschreibt die Suche nach Resonanzen in der Erzeugung von Top-Quark-Antiquark-Paaren in Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV. Die ausgewerteten Daten entsprechen einer integrierten Luminosität von 20.3 fb-1 und wurden mit dem ATLAS-Detektor am Large Hadron Collider aufgezeichnet. Die Analyse basiert auf Ereignissen mit genau einem geladenen Lepton, fehlendem Transversalimpuls und Teilchenjets im Endzustand. Mithilfe eines künstlichen neuronalen Netzes wird bei gleicher Signaleffizienz eine präzisere Identifikation von hochenergetischen, hadronisch zerfallenden Top-Quarks erzielt als mit bisher verwendeten Verfahren. Darauf aufbauend wird eine Ereignisselektion für die Erkennung von s-Kanal-Resonanzen mit Spin-1 optimiert. Eine verbesserte Abschätzung des erwarteten Untergrunds wird eingeführt, die den Einfluss der systematischen Unsicherheiten verringert. Die untersuchten Massenspektren der rekonstruierten Top-Quark-Paare weisen keine signifikante Abweichung von den Vorhersagen des Standardmodells auf. Im Vergleich zu schnittbasierten Suchstrategien lassen sich für Massen über 2 TeV etwa 30% bessere bayessche obere Ausschlussgrenzen auf den Wirkungsquerschnitt einer schmalen Resonanz eines leptophobischen Z'-Bosons in einem Technicolour-Modell sowie einer breiten Kaluza-Klein-Anregung des Gluons in einem Randall-Sundrum-Modell erzielen. Ausgehend von den beobachteten Ausschlussgrenzen auf den Wirkungsquerschnitt werden eine Z'-Resonanz bis zu einer Masse von 2.5 TeV und ein Randall-Sundrum Kaluza-Klein-Gluon bis zu einer Masse von 2.9 TeV ausgeschlossen. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber bisherigen Suchen in vergleichbaren Datensätzen dar. / A search for new heavy particles that decay into top quark-antiquark pairs is presented using an integrated luminosity of 20.3 fb-1 of proton-proton collision data recorded at a centre-of-mass energy of 8 TeV with the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. The analysis considers events with exactly one charged lepton, missing transverse momentum and jets in the final state. An artificial neural network is utilized to identify hadronically decaying top quarks with high Lorentz boost more precisely than established methods at the same signal efficiency. Based on this, a novel method optimized for the detection of s-channel resonances with spin 1 is created. An enhanced estimation of the background expectations is introduced, which reduces the impact of the systematic uncertainties on the analysis. No significant deviation from the background predicted by the Standard Model of particle physics is observed in the invariant mass spectrum of the top-quark pair candidates. Bayesian upper cross-section limits on a narrow resonance from a leptophobic Z' boson in the framework of a technicolour model and a broad Kaluza-Klein excitation of the gluon in a Randall-Sundrum model are both found to be about 30% better at resonance masses of at least 2 TeV relative to a cut-based search strategy. Based on the observed cross-section limits, a topcolour-assisted technicolour Z' boson up to a mass of 2.5 TeV and a Randall-Sundrum Kaluza-Klein gluon up to a mass of 2.9 TeV are excluded. These are the most stringent exclusion limits on the resonance mass as compared to other searches based on similar data sets.

Doctor of Philosophy / Physics / Andrew G. Ivanov / In this thesis the measurement of production cross section of top-quark pairs in association with a photon in proton-proton collisions at a center of mass energy of 8 TeV is presented. The data was recorded at the CMS experiment at the LHC in 2012. This measurement aims to extend our knowledge of top quark properties and help to test consistency of the Standard Model (SM) of particle physics. Data-driven methods are used to estimate the photon identification efficiency and purity. The measured cross-section agrees with the standard model expectation.

No description available.