Diese Arbeit behandelt die Suche nach neuen Teilchen, die in Top-Quark-Paare zerfallen (t¯t). Die Analyse beruht auf Daten des ATLAS-Experiments von Proton- Proton-Kollisionen am LHC bei einer Schwerpunktsenergie von p s = 7 TeV und einer Gesamtluminosität von 2.05 fb−1. Hierzu wird der Lepton+Jets Endzustand im t¯t ! WbWb Zerfallskanal verwendet, worin ein W-Boson leptonisch und das andere hadronisch zerfällt. Das t¯t -Ereignis wird sowohl in aufgelösten als auch geboosteten Zerfallstopologien rekonstruiert. Zum ersten Mal werden die Korrelationen beider Kanäle in Form einer dritten Kategorie nutzbar gemacht, welche aus Ereignissen besteht, die in beiden Topologien selektiert wurden. Die Sensitivität der Analyse wird hierdurch erhöht. Obere Schranken bei 95% Vertrauensniveau auf den Wirkungsquerschnitt multipliziert mit der Zerfallsbreite für massive Zustände großer und kleiner Zerfallsbreite werden berechnet. Diese werden aus der Kombination der beiden Ansätze der t¯t -Rekonstruktion gewonnen. Für die Z0-Resonanz kleiner Breite reicht die beobachtete (erwartete) obere Grenze auf den Wirkungsquerschnitt von 4.85 (4.81) pb, für eine Masse von 0.6 TeV, bis 0.21 (0.13) pb, für eine Masse von 2 TeV. Eine schmale leptophobische Topcolor-Z0-Resonanzen mit einer Masse unterhalb von 1.3 TeV kann ausgeschlossen werden. Weiterhin konnten beobachtete (erwartete) obere Grenzen auch für eine breite Farboktett-Resonanz berechnet werden. Diese liegen zwischen 2.52 (2.59) pb und 0.37 (0.27) pb für Massen von 0.7 TeV bzw. 2 TeV. Breite Kaluza-Klein-Gluon-Resonanzen mit einer Masse unter 1.65 TeV können ausgeschlossen werden. / This thesis presents the search for new particles that decay into top quark pairs (t¯t). The analysis is performed with the ATLAS experiment at the LHC, using an integrated luminosity of 2.05 fb−1 of proton–proton collision data, collected at a center-of-mass energy of p s = 7 TeV. The lepton plus jets final state is used in the t¯t ! WbWb decay, where one W boson decays leptonically and the other hadronically. The t¯t system is reconstructed using both resolved and boosted topologies of the top-quark decay. For the first time, correlations between the two search channels have been employed by creating a third channel with the events selected by both analyses. The sensitivity to new physics phenomena is thereby improved. Upper limits are derived on the production cross-section times branching ratio for narrow and wide massive states, at the 95 % confidence level. These are extracted by combining the two approaches of the t¯t reconstruction. For a narrow Z0 resonance, the observed (expected) upper limits range from 4.85 (4.81) pb for a mass of 0.6 TeV, to 0.21 (0.13) pb for a mass of 2 TeV. A narrow leptophobic topcolor Z0 resonance with a mass below 1.3 TeV is excluded. Observed (expected) limits are also derived for a broad color-octet resonance. They vary between 2.52 (2.59) pb and 0.37 (0.27) pb for a mass of 0.7 TeV and 2 TeV, respectively. The wide Kaluza-Klein gluon with a mass below 1.65 TeV is excluded. Another aspect of this thesis are performance studies of the level-1 jet trigger. Trigger efficiencies have been measured, using data collected by the ATLAS detector in 2010 at p s = 7 TeV. The turn-on curves obtained for a variety of jet triggers, showed good agreement between data and simulation in the plateau region. The efficiency results were used at the first stage of analyses for multi-jet cross-section measurements.

In dieser Arbeit wird die Messung des normalisierten differentiellen Wechselwirkungsquerschnitts von Top Quark Produktionen mit zusätzlichen Jets präsentiert. Es werden Proton-Proton Kollisionsdaten des ATLAS Experiments am Large Hadron Collider bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV mit einer Luminosität von 3.2 fb-1 verwendet. Die Top Quark Ereignissen werden durch ein entgegengesetzt geladenes Elektron-Muon Paar und zwei b-tagged Jets selektiert. Der differentielle Wechselwirkungsquerschnitt wird als Funktion von Observablen, die sensitiv auf zusätzliche Jets sind, gemessen: der Jetmultiplizität, des transversalen Impulses der zusätzlichen Jets, der Summe der transversalen Impulse aller Objekte im Ereignis und räumlichen Korrelationen zwischen den zwei Jets mit dem größten Impulsen. Die gemessenen Daten werden auf Teilchen-Level korrigiert und mit verschiedenen Vorhersagen für detailierte Studien des Monte Carlo QCD Models verglichen. / In this thesis, the measurement of the normalised differential cross-sections of top quark pair production in association with jets using 3.2 fb-1 of proton-proton col- lision data at a centre-of-mass energy of 13 TeV by the ATLAS experiment at the LHC are presented. Jets are selected from top events which are defined by an opposite-charge electron-muon pair and two b-tagged jets in the final state. The cross-sections are measured as functions of several observables are sensitive to ad- ditional jets: jet multiplicities, transverse momentum of additional jets, transverse momentum sum of all objects in the event and spatial correlations of the two high- est momentum additional jets. The data are corrected to obtain particle-level fidu- cial cross-section. The resulting measurements are compared to several predictions allowing detailed studies of Monte Carlo QCD modelling.

Das Ziel der vorgelegten Arbeit ist die Messung des Wirkungsquerschnittes der elektroschwach vermittelten Produktion einzelner Top Quarks in Assoziation mit einem W-Boson. Dieser Prozess wird auch abkürzend als Wt-Kanal bezeichnet. Die Vermessung dieses Produktionskanals stellt einen Test der Standardmodell-Vorhersage dar und bietet gleichzeitig die Möglichkeit durch einen Vergleich mit anderen Produktionskanälen für einzelne Top Quarks (t- und s-Kanal) Rückschlüsse auf neue Physik jenseits des Standardmodells zu ziehen. Nach einer allgemeinen Einführung zur Physik des Top Quarks folgt eine Beschreibung der für die Detektion und Rekonstruktion physikalischer Objekte wichtigen Systeme des ATLAS-Detektors.Anschlie{\ss}end wird die Analyse der Proton-Proton-Kollisions Daten die im Jahr 2011 vom ATLAS Detektor am Large Hadron Collider (LHC) augzeichnet wurden präsentiert.Diese Daten wurden bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV aufgezeichnet und haben einen Umfang von 4.7 inverse femtobarn.Da die Produktionsrate des Wt-Kanals am LHC sehr klein im Vergleich zu seinem Hauptuntergrund ist, wurde ein Chi-Quadrat-basierter kinematischer Fit entwickelt um die Identifikation der Signalereignisse zu begünstigen. Hierbei werden W-Boson und Top-Quark aus den Endzustandsteilchen rekonstruiert und durch Bedingungen hinsichtlich der W-Boson und Top Quark Masse evaluiert. Der errechnete Chi-Quadrat-Wert gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der das einzelne Ereignis mit der Signal-Hypothese übereinstimmt und kann als Schnittvariable verwendet werden um eine striktere Ereignisselektion zu erhalten. Die Messung ist von systematischen Unsicherheiten dominiert, die fast 100 % des gemessenen Wirkungsquerschnitts betragen. / The work reported in this thesis is aimed at measuring the cross section of electroweak single top quark production in association with a W boson, a process also referred to as Wt-channel. The interest in this production mechanism relies in the confirmation of the Standard Model predictions together with the possibility of identifying new physics phenomena when comparing its cross section with the one of the other single top production modes (the t- and s-channel.) After providing a general introduction on the physics of the top quark and a description of the experimental setup employed for the detection and the reconstruction of the physics objects, the analysis of 4.7 femtobarn of proton-proton collision data at a centre-of-mass energy of 7 TeV, recorded by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in the year 2011, is presentedSince the Wt channel production rate at the LHC is considerably smaller than its main background, a chi-squared based kinematic fit has been developed to help the identification of the signal events allowing the use of simultaneous mass constraints from the W boson and the top quark populating the final states. The chi-squared value in each event is then used as a parameter to rank the event in terms of its probability to match or not the signal hypothesis and a cut on its value is used to implement a first tight event selection. The final selection step consists of requiring that the system composed by the top quark and the W boson reconstructed by the fit is balanced in the transverse plane. The measurement is found to be dominated by the systematic uncertainties which affect it by an amount close to 100% of the cross section value.

In dieser Arbeit wird die Suche nach vektorartigen und angeregten Quarks mit einer elektrischen Ladung von Q = 1/3 mit dem ATLAS-Detektor vorgestellt. Die Existenz solcher Quarks wird von verschiedenen Modellen jenseits des Standardmodells vorhergesagt, die bestimmte Schwächen der Theorie beseitigen können. Es wird nach einzeln produzierten Quarks aus zwei verschiedenen Modellen gesucht, da für diesen Produktionsmodus höhere Wirkungsquerschnitte im untersuchten Massenbereich vorhergesagt sind als für die Paarproduktion. Die Suche beschränkt sich auf Zerfälle der Quarks in W-Bosonen und Top-Quarks, wobei letztere fast ausschließlich in W-Bosonen und Bottom-Quarks zerfallen. Verlangt man, dass eines der W-Bosonen leptonisch zerfällt, erhält man Endzustände mit einem Lepton (Elektron oder Myon in diesem Fall), mehreren Jets, von denen einer als von einem Bottom-Quark stammend identifiziert werden kann, und fehlender Energie in der Transversalebene, die durch das beim leptonischen Zerfall entstandene und nicht detektierbare Neutrino hervorgerufen wird. Die daraus berechnete invariante Masse des neuen Quarks wird zur Unterscheidung zwischen Signal und Untergrund verwendet. Die Suche wurde auf dem am LHC im Jahr 2012 aufgenommenen Datensatz von Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV ausgeführt. Es wurde kein signifikanter Unterschied zum vorhergesagten Untergrund gemessen und deshalb Ausschlussgrenzen für Parameter der untersuchten Modelle berechnet. Da die vorgestellte Suche Gebrauch von der geboosteten Topologie der Signalereignisse im untersuchten Massenbereich macht, übertreffen die Ergebnisse bei Weitem die Ausschlussgrenzen für das angeregte Quarkmodell, die in der Vorgängersuche auf dem Datensatz von 2011 erhalten wurden und sind vergleichbar mit kürzlich auf dem Datensatz von 2012 mit dem CMS-Detektor gewonnenen Ergebnissen. Darüber hinaus ist es die erste Suche nach einzeln produzierten vektorartigen Quarks im untersuchten Modell. / A search for vector-like and excited down-type (Q = 1/3) quarks with the ATLAS detector is presented in this thesis. The existence of these quarks is predicted by various models beyond the Standard Model, motivated by some limitations of that theory. Quarks from two specific models are searched for in single production mode, as this is predicted to yield higher cross-sections than pair production in the investigated mass range. The search focuses on decays of the heavy quarks to a W boson and a top quark, the latter of which subsequently decays almost exclusively into another W boson and a bottom quark. Requiring one of the two W bosons to decay leptonically leads to final states containing exactly one lepton (electron or muon in this case), several jets, one of which can be identified as originating from a bottom quark, and some amount of missing energy in the transverse plane stemming from the neutrino of the leptonic W decay. The reconstructed mass of the heavy quark is used to discriminate between signal and background. This search was performed on 20.3 inverse femtobarns of proton-proton collision data collected at the Large Hadron Collider in the year 2012 with a centre-of-mass energy of 8 TeV. No significant excess of the data over the background could be observed and therefore exclusion limits were set on model parameters. The search presented here makes use of the boosted event topology that is prominent in the explored range of signal masses, allowing it to by far exceed the exclusion bounds obtained in the preceding search for the excited quark model on the 2011 data set, and producing results that are comparable to those from a recent search performed with the CMS detector on the 2012 data set. Additionally, it is the first search in the single production mode for that specific vector-like quark model.

In dieser Arbeit wird eine kombinierte Messung der elektro-schwachen Produktion einzelner Top-Quarks im s- und t-Kanal vorgestellt. Der analysierte Datensatz von Proton-Proton-Kollisionsereignissen wurde im Jahr 2012 mit dem ATLAS Detektor am Large Hadron Collider bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV aufgezeichnet und entspricht einer integrierten Luminosität von 20.3 fb^{-1}. Die Ereignisauswahl beschränkt sich auf Ereignisse mit einem isolierten Elektron oder Myon und zwei Jets. Mit Hilfe der Matrix Element Methode werden Prozess-Likelihoods berechnet. Aus diesen wird eine Diskriminante gebildet um Signal- und Untergrundereignisse voneinander zu trennen. Die Wirkungsquerschnitte für die Produktion einzelner Top-Quarks wurden mittels eines kombinierten Maximum Likelihoods Fits zu sigma_{s} = 4,9 +- 1,7 pb und sigma_{t} = 82,32^{+7,0}_{-5,5} pb bestimmt. Die Korrelation zwischen beiden Messungen beträgt 8%. Diese beiden Ergebnisse werden zusammen mit einer unabhängigen Messung der assoziierten Wt Produktion verwendet um zwei Parameter, cquer_{phiq} und cquer_{qq}, im Rahmen einer effektiven Feldtheorie zu bestimmen. Notwendige Akzeptanzkorrekturen wurden mit Hilfe schneller und vereinfachter Detektorsimulationen ermittelt. Diese Korrekturen werden in dem statistischen Modell zur Bestimmung der effektiven Feldtheorie-Parametern berücksichtigt. Die kleinsten Intervalle, welche 95,5% des gesamten Wahrscheinlichkeitsbereichs entsprechen, sind -0,132 < cquer_{phiq} < 0,048 und -0,0283 < cquer_{qq} < 0,0062 für die beiden Kopplungsparameter. / This thesis presents a combined measurement of single top-quark production in the s and t-channel with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The 2012 data set of proton--proton collisions at a centre-of-mass energy of 8 TeV corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb^{-1} is used. The event selection for both channels requires one isolated electron or muon and two jets in the final state. In order to separate signal from background events, a discriminant variable is built from likelihoods obtained with the matrix element method. The cross section for both channels are determined by a combined maximum likelihood fit, which yields sigma_{s} = 4.9 +- 1.7 pb and sigma_{t} = 82.32^{+7.0}_{-5.5} pb for the s-channel and t-channel, respectively. The correlation of the two cross section measurements is 8%. These results together with an independent measurement of the associated Wt production are used to set limits on two parameters, cbar_{phiq} and cbar_{qq}, within the framework of an effective field theory. Acceptance corrections are derived as a function of the model parameters by using fast and simplified detector simulations. These corrections are included in the statistical model and the smallest intervals that correspond to 95.5% probability are -0.132 < cbar_{phiq} < 0.048 and -0.0283 < cbar_{qq} < 0.0062 for the two parameters.

In dieser Dissertation wird die Suche nach einzeln erzeugten vektorartigen T-Quarks mit einer elektrischen Ladung +2/3 und Y-Quarks mit einer elektrischen Ladung von -4/3 vorgestellt. Diese exotischen Teilchen werden von verschiedenen Modellen jenseits des Standardmodells vorhergesagt, welche versuchen das Verständnis der elektorschwachen Symmetriebrechung zu erweitern und somit das Naturalness Problem zu lösen. Hierfür werden die in 2015 und 2016 bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV und einer integrierten Luminosität von 36.1 inversen fb vom ATLAS Detektor am LHC aufgezeichneten Proton-Proton-Kollisionen ausgewertet. Die Ereignisselektion ist auf leptonisch zerfallende W-Bosonen der Y/T nach Wb Zerfälle ausgerichtet, weshalb ein hochenergetischer, von einem Bottom-Quark stammender Jet, ein einzelnes Lepton, ein in Vorwärtsrichtung emittierter Jet sowie fehlende transversale Energie, neben verschiedenen Isolationskriterien, verlangt wird. Es konnte keine signifikante Abweichung zur Vorhersage des Standardmodells gemessen werden. Aus diesem Grund wurden obere Grenzen for die Kopplungsstärke und den Mischungswinkel von T-Quarks in einem Singulett-Modell sowie Y-Quarks eines (B,Y)-Dublett bzw. (T,B,Y)-Triplett-Modells mit Quarks der dritten Generation des Standard Modells bestimmt. Hierbei wurden erstmalig Interferenzeffekte mit Standardmodellprozessen berücksichtigt. Die obere Grenze für den Mischungswinkel wurden für ein T-Singulett-Modell bei einer Masse von 800 GeV zu |sin(theta_L)|= 0.18, für ein Y eines (B,Y)-Dublett-Modells zu |sin(theta_R)|= 0.17 sowie für ein Y eines (T,B,Y)-Triplett-Modells zu |sin(theta_L)|= 0.16 bestimmt. Die ermittelten Grenzen innerhalb des (B,Y)-Dublett-Modells im Massenbereich 800 GeV bis 1250 GeV sind zu indirekten, aus elektroschwachen Präzisionsvariablen abgeleiteten Schranken kompetitiv. / This thesis presents a search for singly produced vector-like T quarks with charge +2/3 or Y quarks with charge -4/3. These exotic particles are predicted by several beyond-the-standard-model theories which try to shed light on the mechanism of electro-weak symmetry breaking, thus addressing the Naturalness Problem. The analysis is performed on a proton-proton collision data set with an integrated luminosity of 36.1 inverse fb at a centre-of-mass energy of 13 TeV recorded in 2015 and 2016 by the ATLAS detector at the LHC. The focus is on leptonically decaying W bosons from Y/T to Wb decays of the heavy quarks and the event selection requires a jet leading in transverse momentum and being b-tagged, exactly one lepton, a forward jet as well as missing transverse energy beside several isolation requirements. No significant deviation from the expected Standard Model background is observed. Therefore, upper limits on the coupling strength and mixing angle between third generation Standard Model quarks and a T from a singlet model as well as a Y from a (B,Y) doublet or a (T,B,Y) triplet model are computed using the CLs method. This search represents the first analysis in which the interference effects with the Standard Model background are taken into account. The smallest upper limits are found to be |sin(theta_L)|= 0.18 for a T singlet for a mass of 800 GeV, |sin(theta_R)|= 0.17 in the (B,Y) doublet case at 800 GeV and |sin(theta_L)|= 0.16 for the (T,B,Y) triplet model. The observed limits on the mixing parameter |sin(theta_R)| are competitive with indirect bounds from electroweak precision observables in the mass range between about 800 GeV and 1250 GeV.

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.

In dieser Dissertation werden drei Messungen des Produktionswirkungsquerschnitts von Top-Quark-Antiquark-Paaren in Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV vorgestellt. Die Daten wurden mit dem ATLAS-Experiment am Large Hadron Collider in den Jahren 2010 und 2011 aufgezeichnet. Für die Analyse werden Endzustände mit genau einem Myon oder Elektron, mindestens drei Jets sowie großem fehlenden Tranversalimpuls selektiert. Während eine Analyse ausschließlich kinematische Informationen für die Trennung von Signal- und Untergrundprozessen verwendet, nutzen die anderen beiden zusätzlich Informationen zur Identifizierung von Bottom-Quark-Jets. Mit Hilfe von multivariaten Methoden werden die präzisesten Messungen in dieser Ereignistopologie erreicht. Dies ist für zwei der Analysen insbesondere dank der Profile-Likelihood-Methode möglich, welche sorgfältig untersucht wird. Desweiteren wird zum ersten Mal ein sogenannter sichtbarer Wirkungsquerschnitt in Top-Quark-Ereignissen gemessen. Alle Ergebnisse sind in Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen in angenäherter nächstnächstführender Ordnung der Störungstheorie (approx. NNLO). / This doctoral thesis presents three measurements of the top quark-antiquark pair production cross section in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 7TeV recorded in 2010 and 2011 with the ATLAS Experiment at the Large Hadron Collider. Events are selected in the single lepton topology by requiring an electron or muon, large missing transverse momentum and at least three jets. While one analysis relies on kinematic information only to discriminate the top quark-antiquark pair signal from the background processes, the other two also make use of b-tagging information. With the help of multivariate methods the most precise measurements in this topology are obtained. This is for two of the measurements in particular possible due to the use of a profile likelihood method which is studied in detail. For the first time a fiducial inclusive cross section measurement for top quark events is performed allowing a measurement almost independent of theoretical uncertainties. All measurements are in agreement with theory predictions performed in perturbation theory at approximate NNLO.

In dieser Dissertation werden Resultate einer Suche nach der Produktion von Einzel-Top-Quarks über flavour-verletzende neutrale Ströme (FCNCs) in starken Welchselwirkungen vorgestellt. Hierfür werden Daten aus Proton-Proton-Kollisionen am Large Hadron Collider bei einer Schwerpunktsenergie von 8TeV verwendet. Die Daten wurden mit dem ATLAS-Experiment im Jahr 2012 aufgenommen und entsprechen einer integrierten Luminosität von 14.1 fb−1. In der Analyse werden FCNC-Ereignisse selektiert, in denen ein leichtes Quark (u oder c) mit einem Gluon wechselwirkt, und ein einzelnes Top-Quark und potentiell ein weiterer einzelner Jet produziert wird. Mittels der Forderung nach genau einem Myon oder Elektron, großer fehlender Transversalenergie und exakt einem Bottom-Quark-Jet und eventuellem zusätzlichen Jet im Endzustand werden Kandidaten der gesuchten Ereignisse im leptonischen Zerfallskanal des Top-Quarks selektiert. Zur Unterscheidung zwischen Signal- und Untergrundereignissen werden multivariate Methoden herangezogen. Künstliche neuronale Netze werden verwendet, um diverse kinematische Variablen zu einem einzelnen Klassifikator zu kombinieren. Um die potentielle Produktion von Top-Quarks über FCNCs zu quantifizieren, werden die Ausgaben der neuronalen Netze einer Bayes''schen statistischen Analyse unterzogen. Da kein Überschuss an Signalereignissen festgestellt werden kann und die Ergebnisse den Erwartungen der theoretischen Vorhersagen entsprechen, werden neue obere Schranken auf den FCNC-Produktionswirkungsquerschnitt von Einzel-Top-Quarks ermittelt. Aus diesen werden unter Verwendung von modell-unabhängigen theoretischen Berechnungen neue obere Schranken auf die Kopplungskonstanten sowie auf die entsprechenden Verzweigungsverhältnisse ermittelt. / This thesis presents results of a search for single top-quark production via flavour-changing neutral currents (FCNCs) in strong interactions using data recorded with the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider in 2012. A dataset from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 8TeV and corresponding to an integrated luminosity of 14.1 fb−1 is used. It is searched for FCNC events in which a light quark (u or c) interacts with a gluon to produce a single top quark, either with or without the associated production of another light quark or gluon. Candidate events of leptonically decaying top-quarks are selected by requiring a single electron or muon, a substantial amount of missing transverse energy, and exactly one or two jets of which exactly one has to fulfil a b-tagging criterion. Multivariate techniques are employed in order to distinguish between signal- and background-like events by making use of artificial neural networks that combine multiple kinematic variables into a single classifier output. A Bayesian statistical analysis is performed on the classifier outputs in order to quantify potential signs of FCNC single top-quark production. No excess in signal events is observed and the results are in agreement with the theory predictions. Consequently a new upper limit is set on the FCNC single top-quark production cross-section multiplied by the t->Wb branching fraction. Using theory calculations within a model-independent effective theory framework, this limit is converted into upper limits on the coupling constants of the FCNC interactions as well as into respective upper limits on the branching fractions.

Es wird eine Messung der s-Kanal Einzel Top-Quark Produktion in Proton-Proton Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV vorgestellt. Der verwendete Datensatz wurde mit dem ATLAS Detektor am LHC aufgenommen und entspricht einer integrierten Luminosität von 20.3 inversen Femtobarn. Kollisionsereignisse werden selektiert, sodass der resultierende Anteil der Signalereignisse relativ hoch ist. Selektierte Ereignisse enthalten ein isoliertes Elektron oder Myon, fehlenden Transversalimpuls und zwei Jets, die durch b-Quarks induziert wurden. Alle Objekte haben hohe transversalimpulse. Auch nach dieser Selektion überwiegen Untergrundprozesse, insbesondere die Paarproduktion von Top-Quarks und die Produktion von W-Bosonen begleitet von Jets. Um den Signalprozess weiter von den Untergründen zu trennen, werden mehrere Wahrscheinlichkeitsdichten näherungsweise berechnet. Sie unterscheiden sich hinsichtlich der Annahme des zugrundeliegenden Streuprozesses. Zusammen ergeben sie eine Funktion der gemessenen Impulse, mit deren Hilfe das Signal weiter von den Untergründen getrennt werden kann. Ein statistisches Modell der entsprechenden Verteilung wird an die Messdaten angepasst. Diese Messung ergibt eine Signifikanz des Signalprozesses von 3.4 Standardabweichungen und einen totalen Wirkungsquerschnitt von 5.3^+1.8_-1.6 Pikobarn. Dies ist die erste signifikante Messung der s-Kanal Einzel Top-Quark Produktion in Proton-Proton Kollisionen. Die Ergebnisse stimmen mit der Vorhersage des Standardmodells überein. / A measurement of s-channel single top-quark production in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 8 TeV is presented. The data set has been recorded with the ATLAS detector at the LHC and corresponds to an integrated luminosity of 20.3 inverse femtobarn. Collision events are selected so that a subset of the data is obtained where the signal fraction is relatively high. Selected events contain one isolated electron or muon, missing transverse momentum and 2 jets, both of which are induced by b-quarks. All of these objects have large transverse momenta. The resulting set of events is still dominated by background processes, most notably top-quark pair production and the production of W bosons in association with jets. In order to further separate the signal from the backgrounds, several approximate event likelihoods are computed. They are based on different hypotheses regarding the scattering process at hand. Together they result in a function of the measured momenta which allows for the desired separation of the signal process. A statistical model of the corresponding distribution is used in a fit to the measured data. The fit results in a signal significance of 3.4 standard deviations and a total cross section of 5.3^+1.8_-1.6 picobarn. This is the first evidence for s-channel single top-quark production in proton-proton collisions. The results agree with the standard model prediction.