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The interplay of thermodynamic properties of strongly interacting matter and its emission of photons is investigated. For this purpose the Lagrangian of the quark meson model (in the literature also dubbed "linear sigma model" or "linear sigma model with quarks") is extended by an electromagnetic sector. Based on this extended Lagrangian both the grand-canonical potential and the generating functional of correlation functions are calculated in a consistent manner. From the former, the phase structure and various thermodynamical properties are determined. Especially, the dependence of certain landmarks (critical point, intersections of the phase boundary with the coordinate axes, etc.) of the phase diagram with respect to the model parameters is investigated in detail. With the help of the generating functional in turn, the photon propagator can be computed whose imaginary part is connected to the emission rate of photons. The leading order of the result with respect to the number of participating particles and the power of the quark-meson coupling is expressed in terms of tree level diagrams, which are calculated likewise. On this basis, the photon emissivity with respect to temperature, chemical potential and photon frequency is calculated and analyzed addressing various questions. The dependence of the particle masses with respect to temperature and chemical potential leaves notable imprints on the emissivities of the individual production processes. Especially a first-order phase transition can easily be identified, since, there, the emissivity may jump - depending on the temperature - by a factor of about ten. Contrarily, within our analysis, we do not find signatures in the photon emissivities that specifically mark a critical end point. Moreover, it is investigated on which parameters the photon emission rate depends in the low- and high-frequency regions. With these results the behavior of the emissivity with respect to temperature and chemical potential can be understood and many peculiarities of the emissivities can be explained. / Das Zusammenspiel der thermodynamischen Eigenschaften von stark wechselwirkender Materie und deren Emission von Photonen wird untersucht. Dazu wird die Lagrangedichte des Quark-Meson-Modells (auch: Linear-Sigma-Modell oder Linear-Sigma-Modell mit Quarks) um einen elektromagnetischen Sektor erweitert. Aus der so erweiterten Lagrangedichte werden auf konsistente Weise sowohl das großkanonische Potential als auch das erzeugende Funktional der Korrelationsfunktionen ermittelt. Aus ersterem werden die Phasenstruktur des Modells sowie zahlreiche thermodynamische Eigenschaften berechnet. Insbesondere wird die Abhänigkeit einiger Orientierungspunkte (kritischer Punkt, Schnittpunkte der Phasengrenze mit den Koordinatenachsen usw.) des Phasendiagramms von den Modellparametern detailiert untersucht. Mit Hilfe des erzeugenden Funktionals wiederum kann der Photonenpropagator bestimmt werden, dessen Imaginärteil mit der Emissionsrate von Photonen zusammenhängt. Die führende Ordnung in einer Entwicklung nach der Anzahl der beteiligten Teilchen und der Potenz der Quark-Meson-Kopplung lässt sich durch Baumgraphen-Diagramme darstellen, die ebenfalls berechnet werden. Auf dieser Basis wird die Photon-Emissivität in Abhängigkeit von Temperatur, chemischem Potential und Photon-Frequenz berechnet und unter verschiedenen Gesichtspunkten analysiert. Die Abhängigkeit der Teilchenmassen von Temperatur und chemischem Potential hinterlässt teilweise ausgeprägte Signaturen in den Emissivitäten der einzelnen sub-Prozesse. Insbesondere ein Phasenübergang erster Ordnung zeigt sich deutlich, da an diesem die Emissivität - abhänging von der Temperatur - um einen Faktor der Größenordnung zehn springen kann. Jedoch finden wir im Rahmen dieser Analyse keine spezifischen Signaturen in den Photonen-Emissivitäten, die einen kritischen Punkt auszeichnen. Des weiteren wird untersucht von welchen Parametern die Photonen-Emissionsrate in den Bereichen niedriger oder hoher Photonen-Frequenzen abhängt. Mit diesen Ergebnissen kann das Verhalten der Emissivität in Abhängigkeit von Temperatur und chemischem Potential gut verstanden und zahlreiche Auffälligkeiten in den Emissivitäten erklärt werden.

La recherche de la production de gluons lourds gKK, de type Kaluza-Klein dans la théorie avec dimensions supplémentaires, qui se désintègre en une paire de SM quark top (t¯t), ou en un VLQ top et un SM quark top (tT ), est présentée dans cette thèse. Cette recherche est basée sur les collisions de proton proton à 8 TeV, enregistrées durant l’année 2012 par le détecteur ATLAS au LHC, au CERN. La luminosité, correspondante à ces énergies de collisions, a été de 20.3 fb^−1. Dans le cas de gKK -> tT , trois types d’analyses ont été effectuées de façon indépendante: VLQ top (T) se désintégrant en un boson W et un quark b (T -> W b), avec un large rapport de branchement, VLQ top se désintégrant en un boson de Higgs composite et un SM quark top (T -> H t), avec un large rapport de branchement, et VLQ top se désintégrant en un boson Z et un SM quark top (T -> Z t). Dans chaque cas, les données, issues des collisions, sont étudiées dans des états finaux avec un lepton et des jets. Ces états sont caractérisés par un electron ou un muon isolé ayant une impulsion transverse large, une énergie transverse manquante et jets. Les spectres de la masse invariante de t¯t et de t¯t+jets, sont ensuite examinés, afin de vérifier un éventuel excès (ou un déficit) inconsistant avec les prédictions du Modèle Standard. Aucune évidence de résonance de paire de quarks top a été observée, et une limite d’échelle de confiance de 95% a été déterminée pour des résonances lourdes prévues par les modèles benchmark. D’une part, une résonance correspondant à un gluon de type Kaluza–Klein (de largeur de 15.3%) prévu par le modèle Randall–Sundrum, qui se désintègre avec un taux d’embranchement de 100% en une paire de SM quarks top a été exclue avec 95% de degré de confiance, jusque pour les masses inférieures à 2.0 TeV. D’autre part, les excitations de gluon de type Kaluza–Klein, dans le modèle composite avec des paramètres de benchmark pour des angles de mélange et une largeur de 10%, de masse 1.0 TeV, qui se désintègrent en un SM quark top, et, un VLQ top de masse 0.6 TeV pour tous les embranchements propres à VLQ top, ont été exclues avec 95% de degré de confiance. Finalement, les excitations de gluon de type Kaluza–Klein, de largeur de 10%, ayant une masse de 2.0 TeV, qui se désintègrent en un SM quark top et un VLQ top de masse 1.4 TeV, avec des scenarios qui respectent BR (T -> Wb) < 0.80, ont été exclues avec 95% de degré de confiance. Les échantillons utilisés lors de cette analyse ont été validés par la collaboration ATLAS, cependant les résultats montrés dans cette thèse n’ont pas été vérifiés par la collaboration ATLAS en vue d’une publication. / A search for production of the lightest Kaluza-Klein excitation of gluon (gKK), in theories with a warped extra dimension, that decays into Standard Model (SM) top quark pairs (t¯t) or into one vector-like top quark (VLQ top) in association with a SM top quark (Tt) is presented in this thesis. The search is based on proton proton collisions at 8 TeV recorded in 2012 with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider and corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb^−1. For the analysis of gKK -> tT , we performed targeting three cases: VLQ top (T) with significant branching ratio to a W boson and a b-quark (T -> W b), VLQ top with significant branching ratio to a composite Higgs boson and a standard model top quark (T -> H t) and VLQ top with significant branching ratio to a Z boson and a standard model top quark (T -> Z t). Data are analyzed in the lepton-plus-jets final state, characterized by an isolated electron or muon with high transverse momentum, large missing transverse momentum and multiple jets. The invariant mass spectrum of t¯t and t¯t + jets is examined for local excesses or deficits that are inconsistent with the Standard Model predictions. No evidence for a top quark pairs resonance is found, and 95% confidence-level limits on the production rate are determined for massive states in benchmark models. On the one hand, a Kaluza–Klein excitation of the gluon of width 15.3% with a branching ratio of 100% into a SM top quark pairs in a Randall–Sundrum model, is excluded for masses below 2.0 TeV. On the other hand, in a composite model where the heavy gluon decays to tT , using benchmark parameters for mixing angles, a 1.0 TeV Kaluza–Klein excitation of the gluon of width 10% that decay to one SM and a 0.6 TeV VLQ top, considering any VLQ top branching ratio scenario, is excluded at 95% Confidence Level (CL). Finally, a 2.0 TeV Kaluza–Klein excitation of the gluon, of width 10%, that decays into one SM in association with a 1.4 TeV VLQ top, with any scenario with BR (T -> Wb) < 0.80, is excluded at 95% CL. The samples used in these analyses were validated by ATLAS collaboration, however the results shown in this thesis were not reviewed by the ATLAS collaboration for publication.

The interplay of thermodynamic properties of strongly interacting matter and its emission of photons is investigated. For this purpose the Lagrangian of the quark meson model (in the literature also dubbed "linear sigma model" or "linear sigma model with quarks") is extended by an electromagnetic sector. Based on this extended Lagrangian both the grand-canonical potential and the generating functional of correlation functions are calculated in a consistent manner. From the former, the phase structure and various thermodynamical properties are determined. Especially, the dependence of certain landmarks (critical point, intersections of the phase boundary with the coordinate axes, etc.) of the phase diagram with respect to the model parameters is investigated in detail. With the help of the generating functional in turn, the photon propagator can be computed whose imaginary part is connected to the emission rate of photons. The leading order of the result with respect to the number of participating particles and the power of the quark-meson coupling is expressed in terms of tree level diagrams, which are calculated likewise. On this basis, the photon emissivity with respect to temperature, chemical potential and photon frequency is calculated and analyzed addressing various questions. The dependence of the particle masses with respect to temperature and chemical potential leaves notable imprints on the emissivities of the individual production processes. Especially a first-order phase transition can easily be identified, since, there, the emissivity may jump - depending on the temperature - by a factor of about ten. Contrarily, within our analysis, we do not find signatures in the photon emissivities that specifically mark a critical end point. Moreover, it is investigated on which parameters the photon emission rate depends in the low- and high-frequency regions. With these results the behavior of the emissivity with respect to temperature and chemical potential can be understood and many peculiarities of the emissivities can be explained. / Das Zusammenspiel der thermodynamischen Eigenschaften von stark wechselwirkender Materie und deren Emission von Photonen wird untersucht. Dazu wird die Lagrangedichte des Quark-Meson-Modells (auch: Linear-Sigma-Modell oder Linear-Sigma-Modell mit Quarks) um einen elektromagnetischen Sektor erweitert. Aus der so erweiterten Lagrangedichte werden auf konsistente Weise sowohl das großkanonische Potential als auch das erzeugende Funktional der Korrelationsfunktionen ermittelt. Aus ersterem werden die Phasenstruktur des Modells sowie zahlreiche thermodynamische Eigenschaften berechnet. Insbesondere wird die Abhänigkeit einiger Orientierungspunkte (kritischer Punkt, Schnittpunkte der Phasengrenze mit den Koordinatenachsen usw.) des Phasendiagramms von den Modellparametern detailiert untersucht. Mit Hilfe des erzeugenden Funktionals wiederum kann der Photonenpropagator bestimmt werden, dessen Imaginärteil mit der Emissionsrate von Photonen zusammenhängt. Die führende Ordnung in einer Entwicklung nach der Anzahl der beteiligten Teilchen und der Potenz der Quark-Meson-Kopplung lässt sich durch Baumgraphen-Diagramme darstellen, die ebenfalls berechnet werden. Auf dieser Basis wird die Photon-Emissivität in Abhängigkeit von Temperatur, chemischem Potential und Photon-Frequenz berechnet und unter verschiedenen Gesichtspunkten analysiert. Die Abhängigkeit der Teilchenmassen von Temperatur und chemischem Potential hinterlässt teilweise ausgeprägte Signaturen in den Emissivitäten der einzelnen sub-Prozesse. Insbesondere ein Phasenübergang erster Ordnung zeigt sich deutlich, da an diesem die Emissivität - abhänging von der Temperatur - um einen Faktor der Größenordnung zehn springen kann. Jedoch finden wir im Rahmen dieser Analyse keine spezifischen Signaturen in den Photonen-Emissivitäten, die einen kritischen Punkt auszeichnen. Des weiteren wird untersucht von welchen Parametern die Photonen-Emissionsrate in den Bereichen niedriger oder hoher Photonen-Frequenzen abhängt. Mit diesen Ergebnissen kann das Verhalten der Emissivität in Abhängigkeit von Temperatur und chemischem Potential gut verstanden und zahlreiche Auffälligkeiten in den Emissivitäten erklärt werden.

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