Die Arbeit beschreibt die Messung des Wirkungsquerschnittes für die Produktion von Jets in Ereignissen mit Z-Bosonen in Proton-Proton Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 7 TeV mit einer integrierten Luminosität von ∫Ldt = 36 pb−1 und ∫Ldt = 4.6 fb−1 aufgenommen mit dem ATLAS Experiment am Large Hadron Collider in Genf. Die inklusiven und differenziellen Wirkungsquerschnitte für Z (→ e+ e−) + jets werden für Jets mit einem Transversalimpuls von pT(jet) > 30 GeV und einer Rapidität von |y(jet)| < 4.4 gemessen. Die Datensätze erlauben Messungen in vorher nicht zugänglichen Phasenraumregionen und können genutzt werden, um die Modellierungen von Z/γ∗ + jets in typischen Phasenraumregionen, die vom Zerfall des Higgs Bosons oder Suchen nach neuer Physik erwarten werden, zu testen. Die Ergebnisse werden auf Partonlevel entfaltet und mit Vorhersagen verschiedener Monte-Carlo Generatoren und Vorhersagen der perturbativen QCD in nächst-führender Ordnung verglichen.

Le grand collisionneur de Hadron (LHC), plus grand accelerateur au monde situe au CERN (Organisation Europeenne pour la recherche Nucleaire), produit des collisions proton proton collectees depuis 2009 par le detecteur ATLAS a une energie atteignant 8TeV dans le centre de masse en 2012 (Run1) et 13 TeV en 2015 et 2016 (Run2). Les modeles theoriques SuperSymetrique (SUSY), extension du Modele Standard (SM), relient chaque boson (de spin entier) a un fermion specifique (de spin demi entier) comme super partenaire. De nouvelles particules elementaires sont ainsi introduites. Apres une breve presentation du SM et des principaux modeles SUSY, the LHC et le detecteur ATLAS sont decrits suivi par une etude de performance sur l'isolation des taus. La partie principale du memoire decrit ensuite en detail deux recherches de particules SUSY avec le detecteur ATLAS et les resultats obtenus.La premiere recherche decrite est celle de production directe de stau avec un etat final a deux tau de signes opposes et plusieurs jets dans des collisions pp a 8TeV et une luminosite integree de 20.1 fb-1. Des techniques d’analyse multi variables ont ete utilisees pour ameliorer la sensibilite. Aucun exces significatif par rapport au SM n’a ete observe. Dans une recherche directe de stau, un signal avec m(LSP) = 0 GeV et m(stau) = 100 GeV est exclus.La deuxieme recherche presentee est celle de la production forte de squarks et de gluions avec des etats finaux, a deux leptons de memes signes ou a trois leptons, associees a des jets dans des collisions proton-proton a $\sqrt{s} = 13 TeV$ et une luminosite integree de 13.2 fb-1. Aucun exces significatif par rapport au SM n’a ete observe. / The Large Hadron Collider (LHC), largest collider located at CERN (European Organization for Nuclear Research). produces proton-proton collisions collected by the ATLAS detector since 2009 at a collision center of mass energy up to 8 TeV before 2012 (Run1) and 13 TeV in 2015 and 2016 (Run2). Supersymmetry (SUSY) theory models, extension of the Standard Model (SM), link each boson (of integer spin) to a certain fermion (of half integer spin) as super-partner. New elementary particles are then introduced.After a brief presentation of the Standard Model and of the main SUSY models, the LHC and the ATLAS detector are described followed by a performance study on tau isolation. The main part of the document finally describes in details two searches for SUSY particles with the ATLAS detector and the obtained results.The first one is a search for direct stau production with final state of two opposite sign taus and multi-jets in 8 TeV pp collision and 20.1 fb-1 integrated luminosity. Multivariable analysis techniques are used to improve the sensitivity. No significant excess over the SM expectation was observed. Upper-limit was set on the cross-section of the signal models. For “direct stau” search, we excluded the signalpoint with m(LSP) = 0 GeV and m(stau) = 100 GeV.The second one is a search for squarks and gluinos strong production in final states with jets and two same-sign leptons or three leptons at 13 TeV and 13.2 fb-1 integrated luminosity. No significant excess over the SM expectation was observed. Upper-limit was set on the cross-section of all the models involved. Region with gluino mass up to 1.7 TeV have been excluded.

Le Modéle Standard (MS), actuelle théorie fondamentale de la physique des particules, fournit une description des particules élémentaires et de plusieurs interactions fondamentales : les forces électromagnétique, forte et faible. Au Centre Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN), des scientifiques du monde entier cherchent à com- prendre les lois fondamentales régissant l’Univers. LHC (Large Hadron Collider), pour les faire entrer en collision au centre des détecteurs et obtenir des indications quant à la manière dont les particules interagissent et ainsi appréhender les lois fondamentales de la nature. L’expérience ATLAS(roidalLhcApparatuS), couvre un large spectre de mesures physiques, incluant des mesures de précision du MS, la recherche du boson de Higgs, ou de trace de nouvelle physique. L’expérience CMS a un programme similaire. Les événements W+W−sont sélectionnés à partir de trois états finaux : ee, eµ, and µµ. Afin de réduire le bruit de fond, constitué principalement de processus Drell-Yan ou de paires t¯t, une coupure est appliquée sur l’énergie transverse manquante, et les événements contenant des jets hadroniques satisfaisant certains critères de sélection sont rejetés. Les principaux bruits de fonds résiduels, essentiellement des processus W+jets, top, Z+jets, sont estimés à l’aide de modèles établis à partir des données observées (méthodes data driven). Ces méthodes d’estimation sont validées en les comparants à d’autres méthodes indépendantes. La section efficace mesurée est 71.0+1.1−1.1(stat)+5.7−5.0(syst)+2.1−2.0(lumi) pb, en accord avec la prédiction NNLO du MS de 63.2+2.0−1.8pb. / The Standard Model (SM), actual fundamental theory for particle physics, provides a description of the elementary particles and the fundamental interactions: the electromagnetic, weak and strong forces. At the European Organization for Nuclear Research (CERN), physicists and engineers from all over the world are searching to understand the fundamental laws of the universe. It is at CERN that the world's largest and most sophisticated experimental instruments have been built, to accelerate particles at the energy of 3.5-4 TeV with the Large Hadron Collider (LHC). A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS), one of the four main detectors at LHC. In ATLAS, di-boson production is one of the most important electro-weak processes.The electro-weak sector of the SM, as well as the strong interactions, can be tested through the precision measurements of the $W^+W^-$ production cross section. A measurement of the $W+W-$ production cross section in 8 TeV center of mass proton-proton collisions is presented here from data collected with the ATLAS detector at the LHC for a total integrated luminosity of 20.3 fb^-1. The W+W- events are selected with 3 final states: ee, emu, and mumu. In order to suppress the background contamination, mainly from the Drell-Yan and ttbar processes, a cut on missing transverse energy is applied and events with hadronic jets satisfying appropriate selection criteria are rejected. The major backgrounds, mainly including W +jets, top and Z+jets, are estimated by data driven technique. The measured cross section is 71.0+1.1−1.1(stat)+5.7−5.0(syst)+2.1−2.0(lumi) pb, which is consistent with SM Next-to-Next-Leading-Order prediction of 63.2+2.0-1.8 pb.

The Standard Model of particle physics is a successful theory, yet it is incomplete. Supersymmetry is one of the favoured extensions of the Standard Model, elegantly addressing several unresolved issues. This thesis presents a search for the pair production of supersymmetric particles chargino one and neutralino two, where the neutralino two decays to the lightest neutralino and the 125 GeV Higgs boson. The final states considered for the search have large missing transverse momentum, an isolated lepton and two jets identified as originating from bottom quarks. The analysis is based on 20.3 inverse femtobarns of 8 TeV proton-proton collision data delivered by the Large Hadron Collider and recorded with the ATLAS detector. No excess over Standard Model predictions is observed. The analysis has been combined with three independent searches that probe other decay modes of the Standard Model Higgs boson. Limits are set at 95% confidence level in the context of a simplified supersymmetric model. Common masses of chargino one and neutralino two are excluded up to 250 GeV for a massless neutralino one. The analysis of this dissertation has been reinterpreted in the context of a large scan of the phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model, along with 22 other ATLAS Run 1 searches. The resulting summary paper represents the most comprehensive assessment of the ATLAS constraints on Supersymmetry models to date. / Graduate / 0798 / cdavid@uvic.ca

Title: Study of proton-proton and heavy-ion collisions with the ATLAS experi- ment at the LHC Author: Mgr. Petr Balek Department: Institute of Particle and Nuclear Physics Supervisor: Doc. RNDr. Jiří Dolejší, CSc. Abstract: The presented results show a suppression in a production of charged hadrons in heavy-ion collisions with respect to the production measured in proton- proton collisions. Lead-lead data at √ sNN = 2.76 TeV were recorded by the AT- LAS experiment at the LHC in 2010 and 2011 and they have a total integrated luminosity of 0.15 nb−1 , and proton-proton data at √ s = 2.76 TeV were recorded in 2011 and 2013 having an integrated luminosity of 4.2 nb−1 . The results are presented in wide transverse momentum (0.5 < pT < 150 GeV) and pseudorapid- ity (|η| < 2) ranges, and also in different centrality intervals of Pb+Pb collisions. Nuclear modification factor RAA shows a clear pT-dependence with a minimum at around 7 GeV, however above 60 GeV, it reaches a plateau with no significant pT-dependence. As a function of |η|, the RAA is flat over whole pT region. Keywords: ATLAS detector, heavy-ion collisions, charged-hadron spectra, nuclear modification factor RAA

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).

This thesis presents an analysis of misidentified leptons in the Higgs boson decaychannel H → W W ∗ → lνlν. Misidentified leptons, resulting from jets misidentifiedas leptons, mimic the signal of a Higgs boson decay, resulting in a backgroundcontribution to the signal. The analysis is performed on proton-proton collisions ata center-of-mass energy of 13.6 TeV recorded by the ATLAS experiment at CERN’sLarge Hadron Collider. The estimation of misidentified leptons is done using theso-called Fake Factor method, which is used to assess the contributed backgroundwith misidentified leptons in the signal region. The Fake Factor values increasewith increasing momenta for misidentified electrons while it remains constant formisidentified muons. An analysis of the impact parameters d0 and z0 show thatthe accuracy of the Monte Carlo simulation to correctly predict the contribution ofmisidentified leptons from heavy quarks is high. / Denna avhandling presenterar en analys av felaktigt identifierade leptoner i Higgsbosonens sönderfallskanal H → W W ∗ → lνlν. Felaktigt identifierade leptoner frånhadroner imiterar signalen av ett sönderfall från en Higgs boson, vilket resulterar ibakgrund till signalen. Analysen utförs på proton-proton kollisioner med energier på13.6 TeV som samlats in av ATLAS-experimentet vid CERNs Large Hadron Collider.Denna avhandling fokuserar främst på uppskattningen av felaktigt identifieradeleptoner genom användningen av Fake Factor-metoden, vilket används för att bedömaden bidragande bakgrunden med felidentifierade leptoner i signalregionen. Värdenaför Fake Factors ökar med ökande rörelsemängd för felidentifierade elektroner medanför det förblir konstant för felidentifierade muoner. En analys av ”impact parameters”d0 och z0 visar att Monte Carlo-simuleringens noggrannhet att uppskatta antaletfelidentifierade leptoner från tunga kvarkar är hög.

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 Arbeit präsentiert die Messung der Produktion eines einzelnen top quarks im s-channel. Dazu wird der 13 TeV ATLAS Datensatz, welcher von 2015 bis 2018 aufgenommen wurde und insgesamt 139 fb^−1 integrierte Luminositat hat, analysiert. Die große Schwierigkeit dieser Analyse ist die überwältigende Menge an Untergrund. Nach einer optimisierten Auswahl von Ereignissen stammen nur 3 % der Ereignisse von dem gesuchten Prozess. Demzufolge muss der Untergrund so gut wie möglich von dem Signal getrennt werden. In dieser Analyse wird die Matrixelement Methode verwendet. Diese Methode wendet das Neyman-Pearson Lemma, das die optimale Teststatistik beschreibt, auf dieses Teilchenphysik Experiment an. Die Likelihood Funktionen werden durch eine Faltung der Matrixelemente, die die harte Streuung beschreiben, mit den Transferfunktionen, die für die Modelierung der Detektoreffekte zuständig sind, berechnet. Wegen begrenzter Rechenkapazitäten kann dabei nur die erste Ordnung der Näherung in die Berechnung einbezogen werden. Diese Arbeit stellt außerdem Studien vor, die das Ziel haben diese Methode zu verbessern. Dazu wurden die Transferfunktion neu bestimmt. Außerdem wird ein Neuronales Netzwerk zur Identifizierung des Signals angewendet. Um das Resultat zu extrahieren wurde eine statistisches Modell der diskriminierenden Variable der Matrixelement Methode erstellt und mit Hilfe des profile likelihood Fits wurde der Parameter μ, der als Quotient aus dem gemessenen s-channel Wirkungsquerschnitt zu dem vom Standard Modell vorhergesagten Wirkungsquerschnitt definiert ist, bestimmt. Das Resultat der Analyse ist μ = 1.28 ^+0.36_− 0.31. Dies stimmt mit der Standard Modell Vorhersage überein. Die gemessene Signifikanz beträgt 4.19 σ. Dies ist die höchste jemals gemessene Signifikanz für die s-channel Produktion eines einzelnen top quarks in Proton-Proton Kollisionen. / This thesis presents the measurement of the single top s-channel production with the ATLAS detector. The analysis is based on data collected between 2015 and 2018, at a center-of-mass energy of 13 TeV and with an integrated luminosity of 139 fb^−1. The main challenge of this analysis is the overwhelming background. After an optimized selection of events the signal amounts to only approximately 3 % of all events in the signal region. This necessitates the best possible separation of signal and background. In this thesis, the Matrix Element is utilized. The underlying principle for this method is the Neyman-Pearson lemma which states the optimal test statistic. The likelihoods are computed by a convolution of the matrix elements describing the hard scattering process and the transfer functions which model the detector effects. Due to limited computing resources, only the leading order approximation can be calculated. This thesis further investigates methodologies aimed at enhancing the effectiveness of the signal separation process. For that reason, the transfer functions are updated and a study in which a neural network uses the event likelihoods of the Matrix Element Method as in- put to produce a different discriminating variable is shown. To extract the final result, a statistical analysis of the discriminating variable result- ing from the Matrix Element Method is preformed. A statistical model is built and the profile likelihood fit is used to extract the parameter of interest μ which is the ratio of the observed s-channel single top production cross-section to the Standard Model expectation. The result of the analysis is μ = 1.28 ^+0.36_− 0.31 which is in agreement with the Standard Model. The observed significance of this analysis is 4.19 σ. This is the highest measured significance of the s-channel single top production in proton-proton collisions.