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).

Im Standardmodell der Teilchenphysik wird die Wechselwirkung von Fermionen mit dem Higgs-Feld als Yukawa-Wechselwirkung bezeichnet, deren Stärke proportional zur Masse der Fermionen ist. Diese Arbeit zielt jedoch darauf ab, das Verhältnis der Top-Yukawa-Kopplung zu ihrem SM-Wert (Yt), unter Verwendung differentieller Verteilungen des ttbar-Wirkungsquerschnitts zu messen. Die Analyse wird für den einfach-leptonischen Zerfallskanal unter Verwendung der Daten aus den Jahren 2015-2018 mit dem ATLAS Detektor am Large Hadron Collider durchgeführt. Der Austausch eines virtuellen Higgs-Bosons zwischen den beiden Top-Quarks verändert den differentiellen Wirkungsquerschnitt der ttbar-Produktion. Die elektroschwache Korrektur, die eine Funktion von Yt ist, geht ab der Ein-Schleifen-Ordnung in den Wirkungsquerschnitt ein. Die größte Yt Sensitivität liegt im Bereich nahe der Schwellenenergie der ttbar-Produktion, d.h. in der Region mit niedriger invarianter ttbar Masse (mtt). Anschließend wird eine detaillierte statistische Analyse durchgeführt, bei der alle relevanten Untergründe berücksichtigt werden, deren Beitrag zur gesamten Monte-Carlo-Vorhersage allerdings sehr gering ist. Die Daten werden mit einer Profil-Likelihood-Anpassung unter Verwendung von gebinnten mtt-Verteilungen für verschiedene Yt-Werte analysiert. Die Analyse wird von systematischen Unsicherheiten dominiert, wobei die Unsicherheiten in der Modellierung der Jet-energie und Auflösung am meisten zum resultierenden Fehler von Yt beitragen, gefolgt von theoretischen Modellierungsunsicherheiten für das ttbar-Signal. Eine Obergrenze für Yt wird mit einem Konfidenzniveau von 95% ermittelt. Die beobachtete Obergrenze liegt bei 2,32 für Yt, während die erwartete Obergrenze bei 2,06 liegt. / This thesis aims to measure the ratio of the top-Yukawa coupling strength over its Standard Model value using differential distributions of the ttbar cross-section. The method has an advantage over other conventional methods that it is independent of the Higgs coupling to other particles. This analysis is conducted on the single-leptonic decay channel using 2015-2018 (Run-2) data with a centre-of-mass energy of 13 TeV from the ATLAS detector at the Large Hadron Collider (LHC). The presence of a virtual Higgs boson between the two top quarks in the final state, modifies the differential cross-section of the ttbar production. The electroweak corrections, dependent on the coupling strength, start contributing to the cross-section at one-loop order, with the largest sensitivity observed in regions close to the production threshold energy. An algorithm is devised to specifically reconstruct the di-top invariant mass for each event. A detailed statistical analysis is conducted, considering all relevant backgrounds, whose contribution to the total Monte Carlo prediction is very small. A binned profile likelihood fit is performed on data using di-top mass distribution for different top-Yukawa coupling values. The analysis is dominated by systematic uncertainties, with jet energy modelling and resolution uncertainties, as well as the ttbar modelling uncertainties contributing the most to the resultant error on the coupling strength. As a result, an upper limit on the top-Yukawa coupling strength is obtained at 95% confidence level, with an observed value of 2.32, and an expected value of 2.06.